阅读说明：本技术 基于时间窗口的再入飞行器安全控制方法 (Reentry vehicle safety control method based on time window ) 是由 任昌健 刘欣 高宗 王晓飞 赵利军 华烈 寇宇 谷静 马瑞 王硕 王玥兮 凌咸 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：基于时间窗口的再入飞行器安全控制方法,控制器能够对外部输入的多源信号进行可靠采集和灵活应用,按照再入飞行器的实际工作需求,结合轴向过载、气压和法向过载三种外部输入环境信号以及其他系统通过通讯接口传送过来的通讯指令,实现不同状态再入飞行器的安全和解保控制。既能适应传统的两道保险的再入飞行器安全控制需求,也能适应扩展后的三道或四道保险的再入飞行器安全控制需求。同时不同状态的再入飞行器通过设计多路状态识别电路实现辨别。根据不同的再入飞行器状态,兼容实现不同的自毁操作。通过上述两方面实际实现了再入飞行器安全控制系统的通用化和兼容性。(According to the reentry aircraft safety control method based on the time window, the controller can reliably collect and flexibly apply externally input multi-source signals, and the reentry aircraft safety and safety protection control in different states is realized by combining three externally input environment signals of axial overload, air pressure and normal overload and other communication instructions transmitted by other systems through communication interfaces according to the actual working requirements of the reentry aircraft. The method can meet the safety control requirement of the traditional reentry aircraft with two insurance lines and can also meet the safety control requirement of the reentry aircraft with three or four insurance lines after expansion. Meanwhile, the reentry vehicles in different states are distinguished by designing a multi-path state identification circuit. Different self-destruction operations can be compatibly realized according to different reentry aircraft states. The generalization and compatibility of the safety control system of the reentry aircraft are actually realized through the two aspects.)

基于时间窗口的再入飞行器安全控制方法

技术领域

本发明涉及基于时间窗口的再入飞行器安全控制方法，属于再入飞行器安全控制领域。

背景技术

传统的再入飞行器安全控制系统一般基于两道固定的外部输入信号解除系统保险，且该外部输入信号通过硬件电路转换实现安全控制系统解除保险，控制方式相对简单固化。传统的再入飞行器安全控制系统解除保险方式与再入飞行器的工作状态绑定，针对不同型号的再入飞行器，需要设计不同的安全控制系统，难以做到安全控制系统通用化和兼容性设计。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服上述现有技术的不足，提供基于时间窗口的再入飞行器安全控制方法，灵活实现外部输入信号的识别和应用，安全控制方法灵活、独立，不依赖于再入飞行器的工作状态，使得该安全控制系统具备通用化和兼容性。

本发明的技术解决方案是：

基于时间窗口的再入飞行器安全控制方法，当安全控制系统设置四道保险时，包括如下步骤：

(1)控制器采集再入飞行器的轴向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的轴向过载阈值相比较，当采集到的轴向过载信息达到或超过设定的轴向过载阈值后解除安全控制系统的第一道保险；同时，以此时为时间窗口的计时起点；

(2)在达到计时时间t后，控制器采集再入飞行器的气压环境信息，当检测的气压环境达到或超过设定的气压环境阈值后解除安全控制系统的第二道保险；

(3)在达到计时时间t后，控制器采集再入飞行器的法向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的法向过载阈值相比较，当采集到的法向过载信息达到或超过设定的法向过载阈值后解除安全控制系统的第三道保险；

(4)在第二道保险和第三道保险均解除后，控制器通过对外通讯接口接收其他系统发送过来的解除保险通讯指令，判断该解除保险通讯指令是否符合预先规定的通信协议，如果符合，则解除安全控制系统的第四道保险，时间窗口的计时终止，保险执行机构的火工品电路开始工作。

基于时间窗口的再入飞行器安全控制方法，当安全控制系统设置三道保险时，包括如下步骤：

(1)控制器采集再入飞行器的轴向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的轴向过载阈值相比较，当采集到的轴向过载信息达到或超过设定的轴向过载阈值后，以此时为时间窗口的计时起点；

(2)在达到计时时间t后，控制器采集再入飞行器的气压环境信息，当检测的气压环境达到或超过设定的气压环境阈值后解除安全控制系统的第一道保险；

(3)在达到计时时间t后，控制器采集再入飞行器的法向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的法向过载阈值相比较，当采集到的法向过载信息达到或超过设定的法向过载阈值后解除安全控制系统的第二道保险；

(4)在第一道保险和第二道保险均解除后，控制器通过对外通讯接口接收其他系统发送过来的解除保险通讯指令，判断该解除保险通讯指令是否符合预先规定的通信协议，如果符合，则解除安全控制系统的第三道保险，时间窗口的计时终止，保险执行机构的火工品电路开始工作。

基于时间窗口的再入飞行器安全控制方法，当安全控制系统设置两道保险时，包括如下步骤：

(1)控制器采集再入飞行器的轴向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的轴向过载阈值相比较，当采集到的轴向过载信息达到或超过设定的轴向过载阈值后，以此时为时间窗口的计时起点；

(2)在达到计时时间t后，控制器采集再入飞行器的法向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的法向过载阈值相比较，当采集到的法向过载信息达到或超过设定的法向过载阈值后解除安全控制系统的第一道保险；

(3)在第一道保险解除后，控制器通过对外通讯接口接收其他系统发送过来的解除保险通讯指令，判断该解除保险通讯指令是否符合预先规定的通信协议，如果符合，则解除安全控制系统的第二道保险，时间窗口的计时终止，保险执行机构的火工品电路开始工作。

t满足70s<t<100s。

所述控制器为再入飞行器安全控制系统的数字化控制器。

在时间窗口内，当控制器接收到外部输入的自毁指令时，控制器通过状态识别电路识别再入飞行器的状态，根据再入飞行器的状态，执行相应的自毁操作。

所述自毁操作为空中解体自毁操作或断电自毁操作。

状态识别电路通过采集安全控制系统电缆网母线电压，确定当前再入飞行器的状态。

状态识别电路由N路单状态识别电路组成，N路单状态识别电路结构相同，均包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、光电耦合器D1和控制器的处理器D2；

电阻R1的一端连接输入信号Uin的正端，电阻R1的另一端同时连接电容C1的一端以及电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端以及光电耦合器D1输入通道的正端，电容C1的另一端、电阻R3的另一端以及光电耦合器D1输入通道的负端均连接输入信号Uin的负端，光电耦合器D1输出通道的正端同时与电阻R4的一端以及控制器的处理器D2的输入端连接，电阻R4的另一端连接安全控制系统数字电路电源正端，光电耦合器D1输出通道的负端接安全控制系统数字电路电源地，光电耦合器D1输出通道的正端和负端之间的电压差作为单状态识别电路的输出。

第i个单状态识别电路的输入信号Uin的正端与安全控制系统电缆网第i个正母线连接，输入信号Uin的负端与安全控制系统电缆网接地端连接，i＝1,2，……N。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明控制器能够灵活处理和应用外部输入环境信号和通讯信号，实现了多种信息源的融合，既能适应传统的两道保险的再入飞行器安全控制需求，也能适应扩展后的三道或四道保险的再入飞行器安全控制需求。

(2)本发明通过设置时间窗口，提高了再入飞行器安全控制能力，有效避免了地面测试再入飞行可能出现的安全性问题。

(3)本发明控制器在时间窗口内，能够根据状态识别电路识别当前再入飞行器的状态，根据状态，执行相应的自毁指令。该控制器能够识别多种飞行器状态，可以适应多种状态再入飞行器自毁操作需求。

(4)本发明解保方法和自毁方法使得安全控制系统具备通用化和兼容性，不再与具体的再入飞行器绑定。

附图说明

图1为本发明实现示意图；

图2为单状态识别电路示意图。

具体实施方式

本发明既能适应传统的两道保险的再入飞行器安全控制需求，也能适应扩展后的三道或四道保险的再入飞行器安全控制需求。

本发明的实现示意图如图1所示。

具体地，当安全控制系统设置四道保险时，包括如下步骤：

(1)控制器采集再入飞行器的轴向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的轴向过载阈值相比较，当采集到的轴向过载信息达到或超过设定的轴向过载阈值后解除安全控制系统的第一道保险；同时，以此时为时间窗口的计时起点；

(2)在达到计时时间t后，控制器采集再入飞行器的气压环境信息，当检测的气压环境达到或超过设定的气压环境阈值后解除安全控制系统的第二道保险；70s<t<100s；

(3)在达到计时时间t后，控制器采集再入飞行器的法向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的法向过载阈值相比较，当采集到的法向过载信息达到或超过设定的法向过载阈值后解除安全控制系统的第三道保险；

(4)在第二道保险和第三道保险均解除后，控制器通过对外通讯接口接收其他系统发送过来的解除保险通讯指令，判断该解除保险通讯指令是否符合预先规定的通信协议，如果符合，则解除安全控制系统的第四道保险，时间窗口的计时终止，保险执行机构的火工品电路开始工作。

当安全控制系统设置三道保险时，包括如下步骤：

(1)控制器采集再入飞行器的轴向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的轴向过载阈值相比较，当采集到的轴向过载信息达到或超过设定的轴向过载阈值后，以此时为时间窗口的计时起点；

(2)在达到计时时间t后，控制器采集再入飞行器的气压环境信息，当检测的气压环境达到或超过设定的气压环境阈值后解除安全控制系统的第一道保险；70s<t<100s；

(3)在达到计时时间t后，控制器采集再入飞行器的法向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的法向过载阈值相比较，当采集到的法向过载信息达到或超过设定的法向过载阈值后解除安全控制系统的第二道保险；

(4)在第一道保险和第二道保险均解除后，控制器通过对外通讯接口接收其他系统发送过来的解除保险通讯指令，判断该解除保险通讯指令是否符合预先规定的通信协议，如果符合，则解除安全控制系统的第三道保险，时间窗口的计时终止，保险执行机构的火工品电路开始工作。

当安全控制系统设置两道保险时，包括如下步骤：

(1)控制器采集再入飞行器的轴向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的轴向过载阈值相比较，当采集到的轴向过载信息达到或超过设定的轴向过载阈值后，以此时为时间窗口的计时起点；

(2)在达到计时时间t后，控制器采集再入飞行器的法向过载信息，对其进行滤波处理后与预先设定的法向过载阈值相比较，当采集到的法向过载信息达到或超过设定的法向过载阈值后解除安全控制系统的第一道保险；70s<t<100s；

(3)在第一道保险解除后，控制器通过对外通讯接口接收其他系统发送过来的解除保险通讯指令，判断该解除保险通讯指令是否符合预先规定的通信协议，如果符合，则解除安全控制系统的第二道保险，时间窗口的计时终止，保险执行机构的火工品电路开始工作。

控制器为再入飞行器安全控制系统的数字化控制器，所有外部输入信号均通过软件进行滤波采集，实现了输入信号的可靠处理和灵活运用。

在时间窗口内，当控制器接收到外部输入的自毁指令时，控制器通过状态识别电路识别再入飞行器的状态，根据再入飞行器的状态，运行不同分支的软件程序，执行相应的自毁操作(空中解体自毁操作或断电自毁操作)。

状态识别电路通过采集安全控制系统电缆网母线电压，确定当前再入飞行器的状态。状态识别电路由N路单状态识别电路组成，N路单状态识别电路结构相同，均包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、光电耦合器D1和控制器的处理器D2。如图2所示为单路状态识别电路示意图。

电阻R1的一端连接输入信号Uin的正端，电阻R1的另一端同时连接电容C1的一端以及电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端以及光电耦合器D1输入通道的正端，电容C1的另一端、电阻R3的另一端以及光电耦合器D1输入通道的负端均连接输入信号Uin的负端，光电耦合器D1输出通道的正端同时与电阻R4的一端以及控制器的处理器D2的输入端连接，电阻R4的另一端连接安全控制系统数字电路电源正端，光电耦合器D1输出通道的负端接安全控制系统数字电路电源地，光电耦合器D1输出通道的正端和负端之间的电压差作为单状态识别电路的输出。

第i个单状态识别电路的输入信号Uin的正端与安全控制系统电缆网第i个正母线连接，输入信号Uin的负端与安全控制系统电缆网接地端连接，i＝1,2，……N。

当光电耦合器D1的直流传输比在100％～500％的范围内，R1的阻值取1.2k、R2的阻值取1k、R3的阻值取240Ω、R4的阻值取1.9k时，可以实现在输入信号Uin大于20V的条件下，单状态识别电路可以可靠输出低电平信号，同时在输入信号Uin低于10V条件下，单状态识别电路可以可靠输出高电平信号。通过该设计有效保证的单状态识别电路的工作可靠性和抗干扰能力。

设N＝4，此时，本发明控制器共有四路单状态识别电路，通过四路单状态识别电路的高低电平组合区分再入飞行器四种状态。

若安全控制系统电缆网第1个正母线、第2个正母线、第3个正母线均接28V供电，第4个正母线接0V供电，则四路单状态识别电路识别出的再入飞行器状态为0001，控制器根据已经写好的程序，执行状态0001对应的自毁操作。

若安全控制系统电缆网第2个正母线、第3个正母线、第4个正母线均接28V供电，第1个正母线接0V供电，则四路单状态识别电路识别出的再入飞行器状态为1000，控制器根据已经写好的程序，执行状态1000对应的自毁操作。

若安全控制系统电缆网第1个正母线、第3个正母线、第4个正母线均接28V供电，第2个正母线接0V供电，则四路单状态识别电路识别出的再入飞行器状态为0100，控制器根据已经写好的程序，执行状态0100对应的自毁操作。

根据不同的组合，四路单状态识别电路共能识别出16种再入飞行器状态。根据不同的状态执行不同的自毁操作。

本发明控制器对外部输入的多源信号进行可靠采集和灵活应用，按照再入飞行器的实际工作需求，结合轴向过载、气压和法向过载三种外部输入环境信号以及其他系统通过通讯接口传送过来的通讯指令，实现不同状态再入飞行器的安全和解保控制。

不同状态的再入飞行器通过设计多路状态识别电路实现辨别。根据不同的再入飞行器状态，兼容实现不同的自毁操作。

通过上述两方面实际实现了再入飞行器安全控制系统的通用化。

本发明说明书中未详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。