一种巡航模式与发射模式可切换的测发控系统的制作方法

本发明涉及地面测控系统，特别是涉及一种巡航模式与发射模式可切换的测发控系统，属于电气系统可靠性设计领域。

背景技术：

国产龙芯处理器等自主可控设备越来越广泛的应用于航天产业中，但是自身存在固有可靠性不高的现状。新一代运载火箭、导弹武器的测发控系统需要具备长时间加电测试或长期值守的能力，对于由国产龙芯处理器构成的电气设备的可靠性也提出了越来越高的要求。仅仅通过提高单机的可靠性已经不能满足这些系统对可靠性的要求，如何提高系统的可靠性成为解决问题的关键。

目前采取的措施主要有双机冗余、冷热备份等，虽提高了系统的可靠性，但设备工作时不能对自身状态进行测试，无法及早发现故障征兆；单机出现故障后，还需要断电更换，不能满足长时间连续加电测试或长期值守的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术的上述缺陷，提供一种巡航模式与发射模式可切换的测发控系统，弥补单一国产化设备可靠性不足的问题，确保系统长时间可信、可靠工作，为航天产品在整装整贮和长时间战备值班等各任务剖面中提供国产化信息基础平台。

本发明的采用的技术方案为：

一种巡航模式与发射模式可切换的测发控系统，包括：第一测控组合、第二测控组合、矩阵开关模块以及bit检测模块；

当处于巡航模式时，第一测控组合、第二测控组合中的一个测控组合通过矩阵开关模块与外部被控对象连接，执行测控任务；另一个测控组合通过矩阵开关模块与bit检测模块连接，通过bit检测模块对所述另一个测控组合进行检测；

当处于发射模式时，第一测控组合、第二测控组合均通过矩阵开关模块切换到与外部被控对象连接，执行测控任务；

矩阵开关模块实现第一测控组合、第二测控组合连接的切换。

所述巡航模式是指：第一测控组合和第二测控组合处于待机状态或周期性自检状态，此时一个测控组合与被控对象连接，处于工作状态，另一个测控组合与bit检测模块连接，进行自身功能接口测试。

所述发射模式是指：第一测控组合和第二测控组合均与被控对象连接，第一测控组合和第二测控组合互为热备份。

当处于巡航模式时，第一测控组合、第二测控组合的连接关系定期切换，进而通过bit检测模块对第一测控组合和第二测控组合均进行检测。

所述第一测控组合和第二测控组合的组成相同，均包括cpci总线控制器、数字i/o模块、ad/da模块、调理模块、以太网模块和冗余控制模块；

当第一测控组合或第二测控组合与外部被控对象连接时，数字i/o模块、ad/da模块和调理模块在cpci总线控制器的控制下工作，数字i/o模块用于与外部被控对象之间的开关量输入和输出，ad/da模块用于与外部被控对象之间的模拟量输入和输出，调理模块用于对输入到ad/da模块中的模拟量以及从ad/da模块输出的模拟量进行信号调理；

当第一测控组合或第二测控组合与bit检测模块连接时，cpci总线控制器发送开始自检指令给冗余控制模块，冗余控制模块控制以太网模块连接以太网，进而使得所在测控组合通过以太网与bit检测模块进行通讯，冗余控制模块发送检测内容和检测时序给bit检测模块，控制bit检测模块对所在测控组合中的数字i/o模块、ad/da模块和以太网模块进行功能检查。

所述bit检测模块包括bit策略控制器、i/o检测模块、ad/da检测模块和以太网检测模块；

当bit检测模块与测控组合连接时，bit策略控制器接收测控组合发送过来的检测内容和检测时序，根据检测时序和检测内容，调用i/o检测模块、ad/da检测模块和以太网检测模块对测控组合中的相应功能模块进行检测。

所述bit策略控制器和cpci总线控制器均采用龙芯实现。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提出的一种基于国产龙芯处理器测控设备组成的冗余系统的巡航模式与发射模式可切换的的方法，可以实现对冗余设备运行状态的在线检测和故障处理，有效提高系统的测试覆盖性，进而提高系统长时间连续工作的可靠性，可以长时间不断电切换工作模式，满足航天产品整装整贮和长时间备战值班等使用要求。

附图说明

图1为本发明测发控系统框图；

图2为本发明bit检测模块组成框图；

图3为本发明测控组合组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本文提出了一种基于国产龙芯处理器测控设备组成的冗余系统的巡航模式与发射模式可切换的测发控系统，具有以下优点：

a.两台基于国产龙芯处理器的测控设备组成冗余系统，分别为主机状态和从机状态，可以实现较高的可靠性；

b.系统运行过程中按照策略，定期退出发射模式进入巡航模式，此时一台测控设备处于工作状态，另一台利用bit设备对功能、性能、接口进行自检，及早发现故障，提高系统的测试覆盖性；

c.处于发射模式的两台测控设备按照策略定期进行主从切换，实现角色轮换，主机变为从机后即可进行状态自检，实现检测的双机全覆盖。

如图1所示，本发明提出的测发控系统包括：第一测控组合、第二测控组合、矩阵开关模块以及bit检测模块；

当处于巡航模式时，第一测控组合、第二测控组合中的一个测控组合通过矩阵开关模块与外部被控对象连接，执行测控任务；另一个测控组合通过矩阵开关模块与bit检测模块连接，通过bit检测模块对所述另一个测控组合进行检测，检测过程不影响测控任务的正常执行；两者连接状态定期切换，实现对两台设备的不断电检测。

当处于发射模式时，第一测控组合、第二测控组合均通过矩阵开关模块切换到与外部被控对象连接，执行测控任务；两者形成互为热备份的冗余系统，当其中处于当值状态的测控组合出现故障后，自动无缝切换到处于备份状态的测控组合，实现连续的对外控制。

矩阵开关模块实现第一测控组合、第二测控组合连接的切换，以此来辅助bit检测模块实现对巡航模式下待机设备的自检功能。在发射模式下还能切换双机与被控对象的连接关系，在某些通道出现故障时，可通过通道复用技术实现对控制通路的重构。

巡航模式是指：第一测控组合和第二测控组合处于待机状态或周期性自检状态，此时一个测控组合与被控对象连接，处于工作状态，另一个测控组合与bit检测模块连接，进行自身功能、性能和接口测试；两者状态由测控组合的冗余控制模块定期进行切换，

发射模式是指：第一测控组合和第二测控组合均与被控对象连接，第一测控组合和第二测控组合互为热备份。

当处于巡航模式时，第一测控组合、第二测控组合的连接关系定期切换，进而通过bit检测模块对第一测控组合和第二测控组合均进行检测。

系统各部分具体实现：

如图3所示，第一测控组合(测控组合a)和第二测控组合(测控组合b)的组成相同，均包括cpci总线控制器、数字i/o模块、ad/da模块、调理模块、以太网模块和冗余控制模块；

当第一测控组合或第二测控组合与外部被控对象连接时，数字i/o模块、ad/da模块和调理模块在cpci总线控制器的控制下工作，数字i/o模块用于与外部被控对象之间的开关量输入和输出，ad/da模块用于与外部被控对象之间的模拟量输入和输出，调理模块用于对输入到ad/da模块中的模拟量以及从ad/da模块输出的模拟量进行信号调理；

当第一测控组合或第二测控组合与bit检测模块连接时，cpci总线控制器发送开始自检指令给冗余控制模块，冗余控制模块控制以太网模块连接以太网，进而使得所在测控组合通过以太网与bit检测模块进行通讯，冗余控制模块发送检测内容和检测时序给bit检测模块，控制bit检测模块对所在测控组合中的数字i/o模块、ad/da模块和以太网模块进行功能检查。

冗余控制模块主要负责检测两台设备工作状态，必要时执行冗余切换功能，管理两台测控组合在发射模式和巡航模式下的输入输出状态，是在线切换的主要支持设备。

冗余控制模块通过监测cpci主控制器工作状态，及时发现主控制器程序运行故障，实现主从互相监测对方设备是否出现死机故障，以便发起主机死机状态下的主从切换。在cpci主控制器发出自检指令后，冗余控制模块与bit检测模块配合，对进程、项目进行协调，对结果进行评估。

cpci主控制器基于国产龙芯2j处理器，运行系统控制软件；ad/da模块、数字i/o模块、调理模块主要实现开关量输入输出、模拟量采集和输出等功能；供电电源模块负责将直流28v供电转换为测控设备需要的各电压。以上设备内部均设计bit检测电路，用于对自身工作状态进行监测，并通过以太网模块将结果上报bit检测模块统一处理。

bit检测模块仅在巡航模式下工作，循环对a/b测控组合外部接口的各类信号指标进行测试评估。具体功能如下：

1)测试和判定测控组合a或测控组合b的开关量输出、模拟量采集和输出通道是否正常工作；

2)通过周期性交换测控组合a/b与bit模块连接，测试双机切换时间，判断切换实时性；

3)若判定工作异常现象，通过以太网上传判定信息。

如图2所示，bit检测模块包括bit策略控制器、i/o检测模块、ad/da检测模块和以太网检测模块。其中bit策略控制器采用与测控设备a/b相同的龙芯2j处理器，配合冗余控制模块的状态切换指令和测试项目，对设备进行检测。io检测模块、ad/da检测模块与测控组合a/b中一致。

当bit检测模块与测控组合连接时，bit策略控制器接收测控组合发送过来的检测内容和检测时序，根据检测时序和检测内容，调用i/o检测模块、ad/da检测模块和以太网检测模块对测控组合中的相应功能模块进行检测，且确保自检过程不影响冗余系统的正常工作，待自检完成后，自动上传检测结果，如果有故障需要处理，则发出提示。

矩阵开关模块负责完成冗余系统的工作模式切换、开关量信号调理、模拟量信号转换等。冗余系统具备两个工作模式，一个是巡航模式，此时冗余系统处于待机状态或周期性进行自检；一个是发射模式，此时冗余系统担负发射任务。

当处于巡航模式时，矩阵开关模块控制测控组合a与被控对象连接，测控组合b与bit检测模块连接，间隔一段时间之后，通过矩阵开关切换，测控组合b与被控对象连接，测控组合a与bit检测模块连接，如此周期性循环进行。当处于发射模式时，测控组合a和测控组合b通过矩阵开关模块切换与被控对象连接，且测控组合b处于热备状态。

系统工作模式：

巡航模式：冗余系统接收主控计算机发来的切换指令，执行巡航模式。在巡航模式状态下，测控组合a、测控组合b根据上电顺序确定主机和从机，其各自的冗余控制模块分别控制本测控组合的开关量输出和模拟量输出保持在输出状态。bit检测模块控制矩阵开关模块切换，测控组合a的开关量输出、模拟量输出进入被控对象，被控对象的模拟量输出倍增转换之后有一路与测控组合a的模拟量输入连接，另一路悬空；测控组合b的开关量输出、模拟量输出进入bit检测模块，模拟量输入连接bit检测模块的da输出通道。间隔一段时间之后，bit检测模块控制矩阵开关模块进行切换，两个测控组合角色互换，即测控组合b与被控对象连接，测控组合a与bit检测模块连接，切换过程中不会对被控对象产生影响。

发射模式：冗余系统接收主控计算机发来的切换指令，执行发射模式。在发射模式状态下，测控组合a、测控组合b根据上电顺序确定主机和从机，主机的冗余控制模块控制本测控组合的开关量输出和模拟量输出保持在输出状态，从机的冗余控制模块控制本测控组合的开关量输出和模拟量输出保持在断开状态。bit检测模块控制矩阵开关模块切换，主机的开关量输出、模拟量输出进入增压等效器，从机不输出，被控对象的模拟量输出倍增转换之后一路与测控组合a的模拟量输入连接，另一路与测控组合b的模拟量输入连接，被控对象的开关量输出分成两路后分别与测控组合a和测控组合b的开关量输入连接。

实施例：

测控组合a和测控组合b组成相同。其中，cpci总线控制器采用龙芯2j处理器为核心，采用vxworks操作系统，负责对所有外设模块的管理和控制，完成热备冗余及应用功能；冗余控制模块提供cpu工作监测、心跳信号产生和检测、主从状态判别、死机故障下热备切换控制以及自检协调功能，采用国产fpga实现，对脉冲频率10khz、占空比50％的心跳信号进行检测，并通过内部网络模块协调主从状态和自检功能控制；数字io模块通道数量满足32路输入、输出通道要求；ad/da模块和信号调理模块通道数量满足16输出通道和16输入通道的要求；以太网模块采用千兆以太网，负责对外通信。

矩阵开关模块具体参数如下：

单板2×2矩阵开关共8路；

3ucpci标准模块

do/di切换通道共32路，需要矩阵开关模块为4块；ao切换通道共16路，需要矩阵开关模块为2块；ai切换通道共16路，需要矩阵开关模块为2块。

通过以上方式，实现了一种基于国产龙芯处理器测控设备的巡航模式与发射模式可切换的的冗余系统，可以实现对冗余设备运行状态的在线检测和不断电故障处理，有效提高系统的测试覆盖性，进而提高系统长时间连续工作的可靠性，满足航天产品长时间备战值班等使用要求。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。