一种冲击波压力分布式采集系统通用控制方法与流程

本发明属于无线通信，具体涉及一种冲击波压力分布式采集系统通用控制方法。

背景技术：

1、冲击波压力是用于评估炸药毁伤能力的重要指标，国内外军工领域都非常重视弹药毁伤评估。炸药主要是通过压力、温度、冲击等作用实现目标毁伤，因此首先需要采集记录炸药爆炸全过程的压力、温度、冲击等物理特征，然后对这些数据进行处理、分析，最后能得到相对准确的炸药毁伤威力场模型。目前主流的冲击波压力采集系统均采用如图1所示的有线汇聚式采集架构，由于炸药毁伤范围一般至少是半径20米以上，因此传感器会分布在炸点半径20米或者更大的范围内。所有传感器通过电缆连接到掩体后面的多通道数据采集系统。出于安全性考虑，掩体一般距离炸点至少100米。有线采集架构存在下列问题：

2、1.数据精度差：所有信号汇聚到多通道采集系统进行采集，长距离传输后，信号受导线及外部干扰情况明显，严重影响采集准确性。

3、2.施工安装繁琐：需要对几十甚至几百根长距离线缆进行外场施工保护，以防止线缆在工作过程中损坏，影响试验进度。

4、3.使用和维护困难：当前出现异常时需要对长距离线缆进行检查，正式试验时无法确定线缆和传感器的异常情况。

5、4.系统使用复杂：由于传感器采集通道数量可能多达几十甚至上百路，需要多套多通道数据采集系统完成采集任务，需要多个操作人员同时操作多套多通道数据采集系统，多人协作导致系统操作复杂度提升，容易出现配合性问题。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明的目的是提出一种冲击波压力分布式采集系统通用控制方法，以解决如何提高冲击波压力分布式采集系统数据采集准确性、降低施工与使用难度的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为解决上述技术问题，本发明提出一种冲击波压力分布式采集系统通用控制方法，该通用控制方法包括在炸点附近布置所有采集节点，所有采集节点就地完成冲击波压力采集记录功能；所有采集节点通过无线通信方式与布置于掩体后面的总控单元交互，由总控单元对所有采集节点进行控制。

5、进一步地，通过卫星通信对所有采集节点进行授时同步，保证各个采集节点时间一致性。

6、进一步地，总控单元初始化完成后开始无线通信，采集节点初始化完成后进行卫星对时和无线通信；其中，卫星对时是指通过卫星通信对所有采集节点的时标进行同步；无线通信时总控单元为主站，采集节点为从站，总控单元与各采集节点之间进行主、从站无线通信。

7、进一步地，对采集节点进行卫星对时的流程具体包括如下步骤：

8、s1.1启动卫星对时：启动卫星通信通信功能；

9、s1.2接收卫星通信报文：各采集节点持续接收卫星通信报文，过滤无效报文，只接受存储部分包含有时间信息的报文：

10、s1.3提取时间有效标志：解析步骤s1.2存储的报文，提取报文中的时间有效标志，并进行时间标志有效判断；

11、s1.4更新卫星时间：当判断时间标志有效时，使用卫星时间更新当前采集节点的系统时间；

12、s1.5修正时钟误差：当每次接收到卫星时间时，计算采集节点系统内部时钟计时与卫星时间的偏差，该偏差是两次卫星对时间隔时间引发的累计误差，根据这个偏差计算出内部时钟源误差，进而修正内部时钟源计时引入的误差；

13、s1.6结束卫星对时：关闭卫星通信功能，结束卫星对时操作。

14、进一步地，总控单元与各采集节点之间进行主、从站无线通信的流程具体包括如下步骤：

15、s2.1启动轮询通信：每轮通信采用固定间隔时间，每轮通信结束后启动总控单元的定时器进行计时，达到设定的间隔时间后启动轮询通信；

16、s2.2读取轮询从站列表：每轮通信都需要重新读取轮询从站列表，上一轮通信后更新轮询从站列表，更新内容包括将离线的从站从轮询列表中删除，将新上线的从站增加到轮询从站列表；

17、s2.3轮询各个从站：由主站依次轮流对每个从站发起通信，通信过程只涉及状态和配置数据传输；

18、s2.4仲裁竞争通信从站地址：每轮竞争通信只能支持某一个从站与主站间进行通信，该通信涉及采集波形的触发快照数据、实时采集数据、系统日志或初始化配置的数据传输，该通信阶段采用优先级竞争机制，主站根据每个从站的优先级选择优先执行通信任务；当本轮通信没有其他通信任务时，将对离线从站进行唤醒通信；

19、s2.5执行竞争通信：竞争通信由主站发起请求报文，由从站返回应答报文；

20、s2.6更新轮询从站列表：根据轮询周期通信获取的从站离线信息、竞争通信获取的从站上线信息，更新轮询从站列表，该列表用于下轮通信。

21、进一步地，步骤s2.3中，请求、应答报文的总长度固定为12个字节。

22、进一步地，报文最后为1字节的ecc纠错码。

23、进一步地，步骤s2.4中，请求、应答报文的长度不超过4106字节。

24、进一步地，步骤s2.5中，报文最后为16位crc校验码。

25、(三)技术效果

26、本发明提出一种冲击波压力分布式采集系统通用控制方法，在物联网协议的基础上扩展通信机制，实现通过无线通信的方式完成炸药毁伤效能分布采集系统采集控制。本方法采用无线通信协议，基于无线通信代替传统有线通信，能够大大简化炸药毁伤效能分布式采集系统的电缆数量和总长度，将传感器信号到数据采集接口的电缆大幅度缩短(<0.5m)，由于电缆很短，能够大大简化现场施工复杂度，缩短现场采集系统的布置时间，同时提高现场施工人员的安全性。由于缩短长度后电缆的分布电容极小，能够保证采集接口原始信号的精度，进而保证采集系统的精度。同时能够快速定位系统故障，判断故障属于通信故障或采集节点故障，有效提升现场维护速度。

27、本方法采用物联网通信协议频段，具备很好的抗遮挡能力，非常适合情况复杂的外场试验环境。本方法设计有可靠的“请求-应答”通信机制和灵活的优先级机制，在保证可靠通信的同时能够实现重要通信的低延时，基于上述机制可以实现对多个分布式采集点的高效控制。本方法采用卫星通信进行授时同步，能够保证分布式采集记录时各个采集通道时标一致性。通过本方法，通过一名操作人员即可统一高效管理所有分布式采集节点。

技术特征：

1.一种冲击波压力分布式采集系统通用控制方法，其特征在于，所述通用控制方法包括在炸点附近布置所有采集节点，所有采集节点就地完成冲击波压力采集记录功能；所有采集节点通过无线通信方式与布置于掩体后面的总控单元交互，由总控单元对所有采集节点进行控制。

2.如权利要求1所述的通用控制方法，其特征在于，通过卫星通信对所有采集节点进行授时同步，保证各个采集节点时间一致性。

3.如权利要求1所述的通用控制方法，其特征在于，总控单元初始化完成后开始无线通信，采集节点初始化完成后进行卫星对时和无线通信；其中，卫星对时是指通过卫星通信对所有采集节点的时标进行同步；无线通信时总控单元为主站，采集节点为从站，总控单元与各采集节点之间进行主、从站无线通信。

4.如权利要求3所述的通用控制方法，其特征在于，对采集节点进行卫星对时的流程具体包括如下步骤：

5.如权利要求3所述的通用控制方法，其特征在于，总控单元与各采集节点之间进行主、从站无线通信的流程具体包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的通用控制方法，其特征在于，步骤s2.3中，请求、应答报文的总长度固定为12个字节。

7.如权利要求6所述的通用控制方法，其特征在于，所述报文最后为1字节的ecc纠错码。

8.如权利要求5所述的通用控制方法，其特征在于，步骤s2.4中，请求、应答报文的长度不超过4106字节。

9.如权利要求5所述的通用控制方法，其特征在于，步骤s2.5中，报文最后为16位crc校验码。

技术总结
本发明提出一种冲击波压力分布式采集系统通用控制方法，在物联网协议的基础上扩展通信机制，实现通过无线通信的方式完成炸药毁伤效能分布采集系统采集控制。本方法采用无线通信协议，基于无线通信代替传统有线通信，能够大大简化炸药毁伤效能分布式采集系统的电缆数量和总长度，将传感器信号到数据采集接口的电缆大幅度缩短(<0.5m)，由于电缆很短，能够大大简化现场施工复杂度，缩短现场采集系统的布置时间，同时提高现场施工人员的安全性。由于缩短长度后电缆的分布电容极小，能够保证采集接口原始信号的精度，进而保证采集系统的精度。同时能够快速定位系统故障，判断故障属于通信故障或采集节点故障，有效提升现场维护速度。

技术研发人员：何性顺,谢松阳,叶希洋,康昊,张俊锋,严家佳,王丹,李毅卓,姬建荣
受保护的技术使用者：西安近代化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15