《工业控制计算机｝２０１３年第２６卷第３期 １９ 控制技术在民用火箭系统中的应用 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｉｖｉｌ Ｓｏｌｉｄ Ｒｏｃｋｅｔ Ｓｙｓｔｅｍ 陈 雨 （贵州大学电气工程学院，贵州贵阳５５０００３） 摘 要 民用火箭系统，如增雨防雹火箭、探空火箭等的应用前景越来越广阔。而现有的火箭系列是无控的，控制技术含量很 少，已无法满足市场对民用火箭的更高需求。主要介绍了控制技术在现有民用火箭总体设计改进中的应用以及在发射控 制装置改型中的应用，并对未来控制技术在在民用火箭中的应用做了一些展望。 关键词：民用火箭系统，控制技术 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｉｖｉ ｌｒｏｃｋｅｔ ｓｙｓｔｅｍ，ｓｕｃｈ ａｓ ａｎｔｉ－ｈａｉ ｌｒｏｃｋｅｔ，ｓｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｅｔ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ａ ｂｒｉｇｈｔ ｆｕｔｕｒｅ ｆｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｂｕｔ ｒｏｃｋ— ｅｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｉｓ ｎｏｎ－ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｒ ｌｅｓｓ－ｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｔ ｃａｎｎｏｔ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｒｔ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｃｉｖｉ ｌｒｏｃｋｅｔ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｒａｄｉａｔｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｘ— ｐｅｃｔ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｃｉｖｉ ｌｒｏｃｋｅｔ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｉｖｉｌ ｒｏｃｋｅｔ ｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 民用火箭系统，如增雨防雹火箭、引（消）雷火箭、模型火箭、 等相关参数。 架线火箭、灭火火箭、探空火箭等，大多由火箭、地面发射架及地 电子时序控制应用也是控制技术在民用火箭领域的一种主 面发射控制器组成，为降低成本基本上都是无控火箭，气动设计 要应用。往常的火箭时序通过火工延时提供不同的延时时间，火 为静稳定，依赖尾部的稳定翼保证火箭按抛物线弹道稳定飞行， 工延时产品受过载、温湿度影响大，而且延时精度不高，很难提 通过改变射角达到不同的飞行高度或射程。发射架为笼式或管 供多种时序。因此电子延时技术的应用解决了火工延时的问题。 式多管发射架，俯仰和方位角通过手动机械调节，属于纯机械设 将无线数据传输和ＧＰＳ技术应用到民用火箭产品中，在火 备。发射控制器是为火箭发射进行点火线路通断检测和提供火 箭上安装无线数传模块和ＧＰＳ，可以实时采集火箭飞行轨迹， 箭弹上多个并联发火元件的点火能量。 并将数据通过无线数传模块传输地面接收设备，实现对火箭飞 由于火箭系列是无控的，其它产品大部分亦为机械或火工 行轨迹的跟踪测试。还可通过地面无线遥控火箭完成一二级分 类的产品，控制技术含量很少，只在个别产品中运用到单片机、 离、开伞或抛撤其它载荷等任务。例如干扰火箭，可在要求时刻 无线通信、传感器、检测技术、射频技术及自动控制技术，产品的 无线控制开伞及抛撤金属箔，实现干扰雷达探测目的。例如模型 控制水平相对较低。随着市场需求的不断扩大，对产品的技术水 火箭表演，通过地面遥控，完成各种模拟火箭开舱、分离、抛撒等 品和种类要求也越来越高，尤其是对控制方面的要求更是迫切。 动作，增加观赏性。 因此，将更多廉价适用的控制技术和控制类产品引进到民用火 雷管起爆控制技术也在民用火箭上得到了应用，早期雷管延 箭研制中来，必然会显著提高民用火箭的研制应用水平。 时起爆控制也是由各种火工延期装置完成，起爆时间控制精度较 １ 控制技术在现有民用火箭总体设计改进中的应用 低，传统的雷管安全管理也存在很多弊端。目前将电子载波技术、 目前的民用无控火箭结构基本相同，大多为一级推力火箭， 电子延时技术及ｌＤ身份识别等技术均应用到了雷管上。民用火 由固体火箭发动机、稳定翼、回收系统、头锥部分及有效载荷舱 箭中的起爆元件也从原来的电引火头，改为电子雷管。火箭中使 构成，火箭的稳定性依靠火箭的气动外形保障。固体火箭发动机 用此类电子延时雷管后，每枚火箭都具有了唯一的ＩＤ号，任何其 提供火箭飞行动力，稳定翼提供火箭飞行升力，回收系统为了保 他电源不经ＩＤ确认，无法正常起爆雷管，不能使火箭点火发射， 证火箭落地安全，有效载荷舱装载火箭有效负载，实现火箭任 增加了火箭的安全性，也使火箭安全管理更科学更便捷。 务，载荷舱可以为探测仪器舱，也可以是增雨防雹催化剂播撒舱 电源和信号线复用技术应用。民用火箭发射操作应该尽量 等。火箭总体结构基本如图１ 所示。 简单快捷，速度快，火箭上的接口数量少，且操作方便，而有些火 箭发射前需要对弹上系统参数进行装订，如果能利用点火线装 订参数，即可省去脱落插头装置，也能节省发射准备时间，利用 电源和信号线复用技术，即可实现此功能。 主要应用技术及应用场合见表１所示。 图１ 固体火箭总体结构简圈 ２控制技术在发射控制装置改型中的应用 发射控制装置是为民用火箭系统提供能量和控制火箭发射 将测试技术与固体火箭技术结合形成了中低空探空火箭， 依靠火箭作为载体，将探测设备带至一定高空，对不同高度的大 的装置，在地面实现对火箭的各部分检测及弹上参数装订工作， 为了降低成本，民用火箭上使用的发火元件点火能量需求较低， 气参数进行探测，包括温度、湿度、大气压强、风速、风向电磁场 即点火所需电流相对钝感点火元件低，因此地面发射装置采用 控制技术在民用火箭系统中的应用 表１ 控制技术在民用固体火箭中的应用 技术分类 测试技术 具体技术 电阻测试 应用场台 发射控制装置 用途 测试火箭弹ｆ：电 路 在测试和参数装订方面应用了单片机、无线通信技术、ＰＣ 机远程操控、ＧＳＭ短信技术及串行通信技术、卫星通信技术。 ３控制技术在民用火箭未来发展中的应用 传感器技术 无线通信技术 压力湿度温度 短波数据传输 探卒火箭 探测大气气压温 度湿度风速 为了拓展民用火箭用途，基于现有技术已经不能满足要求， 需要将更多的控制技术应用到民用火箭上来。其中多时序控制 地面发射控制器 近距离无线传输 探空火箭 控制指令 传同探 数 技术有着广阔的需求。通过简单可靠的电子电路提供弹上多种 时序要求和点火要求。 无源电子延时装置，弹体上无需携带电源，实现单路的电子 星通信技术 北斗ｌＪ星终端 ＧＰＳ 远程地面播撒控 远程拧制地面播 制姨拦 探窄火箭 撒装黉 作 火箭飞行采集火 箭飞行高度速 度，进行 延时和点火功能。替代火工延时，提高延时精度，并且可实现发 射前调整延时时间，不携带任何电源，解决储存中电池容易失效 问题。 移动通信技术 自动控制技术 ＧＳＭ ＧＰＲＳ 远程地面播撒摔 远程摔制发射监 制装置 控 闭环控制丌环 自动化发射架 控制 自动控制发射架 俯仰方位角 火箭弹上多个时序点火控制技术研究，目前已研制弹上多 个电子时序控制点火装置，弹上各点火线路互相，单独进行 的点火方式也已降低成本，提高可靠性为主要目的。图２为地面 发射控制器的原理框图。 时序控制和点火，替代火箭弹上多个火工延时元件，发射前可进 行简单的延时时间调整。 开发弹上复杂时序控制及简易低成本的弹上简单姿态控制 系统，通过简单控制调整火箭飞行轨迹，满足更多领域需求。 ●， ４结束语 目前国内已有很多先进的控制技术，对于实现导弹姿态控 制或自动操作等功能应该说容易实现，但成本和体积等诸多因 素不适合直接照搬到民用火箭的产品中，因此应结合民用火箭 特点开发引入一些先进的控制产品和技术，满足更多领域需求。 从火箭的角度考虑实现简易的弹道可调火箭弹，在发射前装订 开伞、播撒时间及级间分离等时序，实现火箭弹飞行弹道的适当 调节作用。火箭弹做成两级或弹上携带多个可减速的小装置，在 １． ＩＢ 火箭飞行过程中通过时序控制抛出这些小装置，达到改变火箭 飞行轨迹或减慢飞行速度的目的。 参考文献 ［１］钱健民．无控火箭落点控制初探［Ｊ］．火控雷达技术，２００４，３３（３） ［２］陈轶敏．无控火箭多路时序控制点火系统研究［Ｊ］．固体火箭技术， ２００２，２５（４） 图２发射控制器工作原理框图 目前常用的点火方式为电池直接点火、横流源点火及电容 放电点火，其中恒流源点火方式成本较高，民用火箭中应用较 少，主要为电池直接点火和电容放电点火两种方式。 发射架为提供火箭发射角度，确保火箭初始飞行稳定。其中 对发射架俯仰方位角调整采用了闭环控制理论，选用三维电子 罗盘对发射架进行俯仰方位角采集，采用步进电机作为伺服机 构，自动完成发射架俯仰方位角调整。 （上接第１５页） ［收稿日期：２０１２．１１．１７］ 嵌入式设备对可靠性、实时性及存储性的要求，但是也存在着一 些不足，相信在进一步的研究中会获得更大的进展。 参考文献 ［１］黄玉龙，胡亮，王天宝１．基于ｅＸｏｓｉｐ２下ＳＩＰ电话的设计与实现［Ｊ］． 成都信息工程学院学报，２００８，２３（１）：１—４ ［２］苑晶ｏＳｌＰ协议栈的研究与嵌入式应用［Ｄ］哈尔滨：哈尔滨理工大 学，２００９ 待呼叫确认后建立呼叫。接收方则对接收到的消息进行判断后 建立相应的应答消息并发送。 语音传输部分包括呼叫过程中添加语音类型、端口号、源ｌＰ 及目的ｌＰ等ＳＤＰ消息，主要用到的函数由ｅＸｏｓｉｐ—ｍｅｓ— ｓａｇｅ—ｓｅｔ＿ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ（），ｅＸｏｓｉｐ—ｍｅｓｓａｇｅ—ｓｅｔ＿ｂｏｄｙ（），ｅＸ— ｏｓｉｐ—ｍｅｓｓａｇｅ—ｓｅＵｙｐｅ（）等，还有一部分主要是调用ｏＲＴＰ协 议栈的ＡＰＩ函数，实现语音文件的传输，主要用到的函数有：初 始化（ｏｒｔｐ—ｉｎｉｔ（），ｏｒｔｐ—ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ＿ｉｎｉｔ（）），会议的建立（ｒｔｐ—ｓｅｓ— ｓｉｏｎｎｅｗ（），ｒｔｐ—ｓｅｓｓｉｏｎ—ｓｅｔ—ｓｃｈｅｄｕｌ ｉｎｇ—ｍｏｄｅ（），ｒｔｐ—ｓｅｓ— —［３］张智江，张云勇，刘韵洁．ＳＩＰ协议及其应用［Ｍ］．北京：电子工业出版 社，２００５ ｓｉｏｎｓｅｔｂｌｏｃｋｉｎｇｍｏｄｅ（）），赋予本地地址并从ＳＤＰ消息中获 —＿—［４］李洵．基于ＡＲＭ９的嵌入式ＳＩＰ终端的研究与实现［Ｄ］郑州：郑州大 学，２００７ 得端口号（ｒｔｐ—ｓｅｓｓｉｏｎ—ｓｅｔ—ｌｏｃａｌ—ａｄｄｒ（）），从输入参数中获取 目的地址及端Ｅｌ号（ｒｔｐ—ｓｅｓｓｉｏｎ—ｓｅｔ—ｒｅｍｏｔｅ—ａｄｄｒ（）），发送传 输文件（ｒｔｐ—ｓｅｓｓｉｏｎ—ｓｅｎｄ＿ｗｉｔｈ＿ｔｓ（））。 ３结束语 ［５］卢华，王保保．ｏＳＩＰ协议栈的研究及应用［Ｊ］电子科技，２００６，２（１９７）ｊ ６１－６４ ［６］田泽嵌入式系统开发与应用［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社， ２００５ 本文简单介绍了ｏＳＩＰ和ｅＸｏｓｉｐ协议栈，根据ＳＩＰ电话的 设计流程，介绍了基于ｅＸｏｓｉｐ协议栈的ＳＩＰ电话的设计与实现 ［７］徐英慧，马忠梅，等．ＡＲＭ９嵌入式系统设计ＩＮ］．北京：北京航空航天 大学出版社，２００７ 过程，实现了用户注册管理及会话的控制，达到了预期的设计。 该协议栈占用空间小，呼叫建立时间较短且呼叫成功率高，满足 ［８］雷晓荣，朱志祥．基于ｅＸｏｓｉｐ协议栈的软电话设计与实现［Ｊ］．电声 技术，２００７，３Ｉ（５）：１—３ ［收稿日期：２０１２．１０．３０］
