[发明专利]一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统

权利要求书

1.一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统，其特征在于，包括：启动转接盒、配电点火控制器、归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置、控制电源和动力电源；

启动转接盒用于接收上级发送的火箭总体加电指令，根据所述火箭总体加电指令开关控制配电点火控制器的加断电；启动转接盒在火箭发射前加电，等待接收火箭总体的加电指令，在火箭助推器分离时，启动转接盒接收到所述加电指令给配电点火控制器加电；

配电点火控制器用于控制火工品起爆和给归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置加电；所述火工品起爆用于使伞舱盖的弹出，伞舱盖在弹出的过程中拉出装在伞舱里的翼伞，翼伞拉出来后展开，所述火工品起爆的时间由轨道计算得出；配电点火控制器加电后，首先给归航控制器、定位定向仪、数传机加电；火工品起爆和伺服控制装置共用动力电源，为了避免大电流对动力电源性能的影响，采用分时控制策略，当配电点火控制器完成火工品起爆控制后，再对伺服控制装置加电；

归航控制器接收定位定向仪采集的定位定向信号，将定位定向信号与目标点进行比较计算，并结合地面站发送的控制指令，运行归航程序，获得控制量输出给伺服控制装置，同时对控制量及定位定向信号进行整合后作为监测数据通过串口转发给数传机，并接收数传机上传的控制指令；

定位定向仪内部集成有GPS和陀螺仪，用于给归航控制器提供定位定向信息；

数传机接收归航控制器发送的监测数据并转发给地面站，接收地面站发送的控制指令并转发给归航控制器；

伺服控制装置接收归航控制器发送的控制量，根据控制量操纵控制翼伞；

控制电源：用于向启动转接盒、配电点火控制器、归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置供电；

动力电源：用于向火工品和伺服控制装置供电，同时内部集成监测模块，对输出电流进行监测记录，便于后续分析计算；

所述配电点火控制器包括：三块CPU模块、指令模块、火工模块和连接模块；

三块CPU模块各自独立运行相同的时序控制程序，按照时序要求依次发送设备加电指令及火工品点火指令，三块CPU模块分别发送的三路控制指令，所述控制指令包括：设备加电指令及火工品点火指令；其中，设备加电指令通过连接模块发送给指令模块，指令模块完成三路设备加电指令的三取二逻辑；火工点火指令通过连接模块发送给火工模块，火工模块完成三路火工点火指令的三取二逻辑；所述设备加电指令用于给归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置加电；所述火工品点火指令用于控制火工品起爆；

所述归航控制器包括：CPU模块、输入输出模块、电源模块和固态盘；

CPU模块运行归航算法，获得控制量，同时，对控制量及定位定向信号进行整合后作为监测数据；

输入输出模块包括：串口1、串口2、1路CAN总线和多个IO信号采集；输入输出模块用于建立与其他设备间的通讯；

固态盘用于存储数据参量；

电源模块连接配电点火控制器的供电输出接口，给CPU模块、输入输出模块和固态盘供电；

输入输出模块中的串口1连接定位定向仪，接收定位定向信号，并将此信号转发给CPU模块，输入输出模块中的串口2连接数传机，接收数传机发送的控制指令并传输给CPU模块，同时，将CPU模块整合后的监测数据发送给数传机，输入输出模块中的1路CAN总线连接伺服控制装置，将CPU模块根据归航程序得出的控制量发送给伺服控制装置；

翼伞回收飞行轨道包括：翼伞稳定段、定向归航段、避障飞行段、绕飞销高段、逆风着陆段和雀降着陆段；

翼伞稳定段：归航控制器加电后首先进行初始化，归航控制器发出一系列回收控制指令拉出减速伞及翼伞，并等待翼伞稳定张开后实施归航控制，归航控制开始运行后，归航控制器首先判断是否进入避障区，如果在避障区内，且当翼伞距离地面高度大于H1时，翼伞进入避障飞行段；若在避障区外，当翼伞距离地面高度大于H1，且距离目标点的水平距离大于R0，进入定向归航段；

定向归航段：控制翼伞的飞行航向朝向目标点；当翼伞距离目标点的水平距离小于R0，且高度高于H0时，进入绕飞销高段；

避障飞行段：控制翼伞的飞行航向远离避障目标点飞行；实时判断地面高度，当翼伞距离地面高度小于H1时，翼伞进入雀降着陆段；

绕飞销高段：翼伞绕着目标点飞行，即翼伞的飞行航向与翼伞与目标点之间的连线夹角为九十度；当翼伞高度低于H0且高于H1时，翼伞进入逆风着陆段；

逆风着陆段：翼伞逆风飞行，即翼伞航向的方向与风向成180度夹角；当翼伞高度低于H1时进入雀降着陆段；

雀降着陆段：翼伞雀降飞行，迅速降低下降速度；

翼伞通过定位定向仪确定目前的位置以及航向，归航控制器通过此位置与目标点位置的比较确定出翼伞目前所处的归航阶段，从而确定出此时的目标航行，归航控制器运行归航算法，比较此时翼伞航向与目标航线之间的差值，通过PI调节输出操纵量给伺服系统，伺服系统根据此操纵量控制翼伞两边操纵绳的长度，从而控制翼伞飞行航向时刻跟踪目标航向。