智慧火箭数据获取技术探索与展望

随着智慧火箭概念的提出,对运载火箭数据获取技术提出新的挑战,目前,运载火箭存在测量领域受限、测量精度不高、可靠性不高、可扩展性差和可裁剪性不高等问题。结合数据获取现状和问题分析,总结出未来数据获取朝着智能化、网络化和轻质高效化方向发展的趋势。结合趋势研判给出某火箭的数据获取总体框架,并对结构健康监测、光纤传感网络、无缆化等关键技术的优缺点和应用场景进行对比分析,提出了光纤光栅传感网络、无线传感网络、磁谐振式无线传能等技术在智慧火箭数据获取上的应用展望。     

新一代箭载无线传感器网络系统架构综述

无线传感器网络技术是新一代火箭测量系统中的关键技术之一。在简要介绍现有箭载无线传感器网络应用的基础上，分析归纳了各个现有系统的技术特点，并以此提出了新一代箭载无线传感器网络的系统架构EPSEN，其中对通信协议的设计思路进行了详细阐述。EPSEN架构的提出，为现有箭载无线传感器网络系统的改进和未来产品的研制提供了重要参考依据，有助于行业标准的形成。     

新一代箭载无线传感器网络系统架构综述

无线传感器网络技术是新一代火箭测量系统中的关键技术之一。在简要介绍现有箭载无线传感器网络应用的基础上,分析归纳了各个现有系统的技术特点,并以此提出了新一代箭载无线传感器网络的系统架构EPSEN,对通信协议的设计思路进行了详细阐述。EPSEN架构的提出,为现有箭载无线传感器网络系统的改进和未来产品的研制提供了重要参考依据,有助于行业标准的形成。     

基于Lamb波气体传感器的数据采集仪

Lamb波气体传感器因其具有高灵敏度、低损耗、多模式特性,在气体传感领域中展示出十分广阔的工业应用前景。然而,迄今为止,Lamb波气体传感器尚处于实验室基础研究阶段,其测试是基于网络分析仪,需人工读取测试结果并计算,不能实现自动获取被测参数,这在很大程度上限制了传感器的实际应用。针对现有测试技术的不足,研制了一种针对Lamb波气体传感器的数据采集仪。利用直接数字频率合成技术和嵌入式技术获取传感器的幅频特性和相频特性,通过多峰值快速搜索算法提取各个模式的最大峰值信息,并对传感器进行了各个模式下的扫频测试实验和算法验证实验。实验结果表明,采集仪能准确获得传感器的频率特性数据,并能实现一定频率范围内多个峰值信息的获取。再结合气体测量的相关模型,可直接输出参数测量结果,实现气体参数的自动检测。     

无线传感器网络性能评价系统设计

针对无线传感器网络的性能评价指标多样、缺乏统一标准的问题,设计了一种无线传感器网络性能评价系统。该系统包括频谱分析子系统、电流采集子系统和无线传感器监测子系统,能够对无线传感器网络的空中频谱特征、网络中节点的工作电流特征、网络丢包和吞吐量特性进行采集、统计与分析,实现对无线传感器网络的性能评价。     

航天器内环境监测的无线传感器网络应用研究

无线接口技术是航天器电子系统技术发展的前沿和热点之一, 具有广泛应用前景. 提出了用于监测航天器内部及其设备环境参数的无线传感器网络设计方案, 详细介绍了构建航天器内无线传感器网络的通信协议、网络架构、软硬件设计方法, 并给出一个将ZigBee Pro技术应用于航天器内的典型设计实例, 以TI公司最新的CC2530芯片和ZigBee协议栈Z-Stack为基础, 用于监测航天器内部及其设备的温度、湿度、电压、电流等参数. 实验证明, 本设计具有低功耗、 传输可靠、网络鲁棒性及组网灵活等优点.      

一种小型化无线传感网络的设计

采用zigbee技术实现基于mems传感器的无线传感网络节点小型化设计,组成的小型化系统可用于航天器各仓段内部温度、湿度、压力、加速度等状态参数的监测。小型化无线传感网络采用集中供电方式即可以减小节点体积,又便于后续电池更换。传感器信号无线传输方式,可以大大减少航天器电线电缆的数量、减小布线带来的困难及航天器总体质量。     

基于雾计算的无线传感器网络联合入侵检测算法

为了保障无线传感器网络的安全性,提出一种基于雾计算的联合入侵检测算法Fed-XGB。Fed-XGB算法通过引入雾计算节点扩展网络边缘,减少通信时延,在提升联合学习全局模型和局部模型准确率的同时,降低了传输带宽和隐私泄露风险;通过改进基于直方图的近似计算方法,适应无线传感器网络数据不均衡特征;通过引入TOP-K梯度选择,最小化模型参数上传次数,提高模型参数交互效率。实验结果表明: Fed-XGB算法的检测准确率在0.97以上,误报率在0.036以下,优于其他对比算法;在遭受中毒攻击及数据含噪的情况下,算法检测分类性能依然稳定,具有较强的鲁棒性。      

一种小型化无线传感网络的设计

采用zigbee技术实现基于mems传感器的无线传感网络节点小型化设计,组成的小型化系统可用于航天器各仓段内部温度、湿度、压力、加速度等状态参数的监测。小型化无线传感网络采用集中供电方式即可以减小节点体积,又便于后续电池更换。传感器信号无线传输方式,可以大大减少航天器电线电缆的数量、减小布线带来的困难及航天器总体质量。     

无线传感器网络三维自身定位方法

针对部署在三维空间的无线传感器网络,提出了一种传感器节点自身定位方法APIT-3D(Approximate Point-In-Tetrahedron),通过判断传感器节点是否位于由锚节点组成的四面体的内部,筛选出可能的位置区域,并最终计算这些区域交集部分的重心,作为待定位节点的位置.仿真实验表明,作为一种不基于测量设备的定位方法,APIT-3D可以达到节点通信半径的40%以下的较高精度的三维定位,而且通信开销相比于二维定位方法增幅不明显.APIT-3D定位方法无需复杂的测距设备和昂贵的外部设施,且通信协议相对简单,因此是一种低成本、低功耗的无线传感器网络三维自身定位方法.      

新一代总线技术AFDX在箭载测量系统设计中的应用研究

传统的箭载测量系统数据传输由点到点的电缆完成,存在布线复杂、占用空间大、质量大、通信速率低等方面的不足,为此提出将新一代总线AFDX应用于箭载测量系统的设计思路。介绍了新一代基于以太网的总线技术AFDX,研究、比较了其技术特点和关键技术,并对基于AFDX的箭载测量系统数据综合网络拓扑结构进行了设计,为设计更高可靠性、更快通信速率、更强灵活性的箭载测量系统提供参考依据。     

基于CAN总线的控制系统地面仿真测试平台研究

针对采用CAN总线进行数据传输的小卫星和运载火箭控制系统开展地面仿真测试评估研究。基于CAN总线和以太网构成总线网络,构建卫星和运载火箭控制系统地面仿真测试评估平台,给出总线上各仿真节点和实物节点的软硬件设计方案,设计了机内测试模拟方案。仿真验证分析表明,利用该平台可以对卫星和运载火箭控制系统信号、总线运行情况、控制周期和网络时延等进行正确分析,为卫星和运载火箭控制系统方案评估、控制方法和快速测试方法研究等提供理论依据和技术支持。     

基于激光扫描的火箭对接装配测量及调整技术

针对某型运载火箭水平和垂直对接高精度、高效率的装配需求，提出采用大尺寸非合作目标三维形貌测量仪辅助对接的方法。通过激光扫描测量运载火箭部段点云数据，拟合火箭对接面的形貌，反馈给对接执行机构调整位姿参数。理论分析和试验验证表明，该方法可有效提高对接装配精度和效率。     

基于CC1310芯片的多通道高速率低功耗无线传感系统

为有效减轻新一代运载火箭传感器数据采集与传输系统的质量, 设计并实现了基于CC1310芯片的无线传感器系统。采用频分复用(FDM)结合时分复用(TDM)的方式完成多节点组网并实施分组管理, 组间频分复用既实现了节点数的扩增, 又提升了传输速率复用倍数, 分组数为4时子节点数量可达100个以上。提出主节点授时法结合多节点分时传输协议的优化设计方法, 保证多节点高精准同步, 避免节点间碰撞, 获得了最优的组内可达速率;设计节点唤醒/休眠模式切换策略, 有效降低了系统功耗。实测结果表明:2个主节点带5个子节点并行工作时, 传输速率可达400 Kbps, 且主节点数量增加时, 系统的传输速率成比例增大;单个子节点忙时功耗不超过60 mW, 闲时功耗不超过12 mW, 平均功耗为15.2 mW, 符合低功耗要求;同时, 所设计的无线传感系统具备良好的可靠性和鲁棒性。      

一种连杆装置载荷测试系统研究与设计

介绍了一种连杆装置载荷测试系统。某大型火箭芯级与助推器的连接采用了三支点超静定捆绑方式,为了充分了解这一新型捆绑连接结构在火箭大型地面试验和发射前加注过程中的载荷变化情况,开发设计了捆绑连杆载荷监测系统。系统采用了多路模拟开关及扫描技术实现了多通道数据实时采集,同时编制数据采集和数据处理软件对采集到的电压信号进行分析处理。通过对该系统的标定,实现载荷的测量。文章介绍了系统的硬件、软件设计原理和系统的两种工作状态。通过对箭上使用的连杆进行标定,得到连杆受力和系统输出的关系,通过标准载荷试验验证,线性误差在系统允许范围内。该系统载荷测量准确,可以用于火箭各种大型地面试验中捆绑连杆的载荷测量。     

基于分布式专家系统的运载火箭故障诊断技术

针对运载火箭结构庞大,各分系统纵横交错、相互耦合的特点,基于分布式专家系统思想,提出了一种分布式运载火箭故障诊断技术方案.该方案采用产生式知识表达技术,将专家知识通过由测点表、征兆表、规则表和结论表组成的4表结构来表示,具有表述清晰、易于扩展和移植的特点.推理机制采用分布式推理和分级推理相结合的方式.分布式推理将运载火箭的系统级故障与各分系统级故障分别同时进行诊断,可有效提高诊断速度.分级推理将危害级别高的故障优先进行诊断,因此运载火箭一旦有危害程度大的故障发生时,可以及时发现、及时处置,从而使故障对系统的影响降至最低.