统型测发控系统一体化发射指挥模式研究

任月慧，马小龙，马宗瑞，岳 玮，鲁 畅

（北京宇航系统工程研究所，北京 100076）

0 引言

当前在型号中广泛应用的地面测发控系统，在以太网技术成熟发展的基础上，由传统的近端地下室控制改为了远程控制模式，将地面设备分别部署在近端地下室和后端测发控大厅，前后端设备通过光纤连接大幅度提升了测发控系统的自动化测试水平。但由于研制之初火箭各系统地面设备分开独立研制配套，导致设备各系统定制化程度过高，因而系统的设备和规模庞大，参与测试与发射的岗位人员多，从而导致使用维护成本高［1］。

运载火箭统型地面测发控系统的设计是从顶层需求出发，实现设备集成化、测试流程一体化、信息一体化的测发控系统。按照资源整合、简化地面设备规模、提升信息应用效率原则，采用设备模块化，通过积木式组合和箭地接口适配更换以满足不同型号地面测发控需求［2］。统型测发控系统利用云平台技术，将原分散的服务器、数据进行资源整合和集中管理，为实现运载火箭一体化发射指挥模式奠定了基础。

1 统型测发控系统技术体制

统型测发控系统按照统一规划系统架构、技术体制、设备接口及产品状态的原则，全面开展了通用化、标准化设计。产品设计中贯彻产品化思路，实现“系统功能模块化、模块设计通用化、型号使用菜单化”。在技术特征上可以归纳为“全箭统一测发控、统一供配电、射频综合、后端云平台”。

统型测发控系统按照功能可以划分为5 个部分（见图1），分别为供电子系统、有线测控子系统、无线测控子系统、数传通信子系统以及测发控软件子系统［3］。

图1 统型测发控功能划分示意Fig.1 The functional division of the ground test and launch control system

地面供电主要是在地面测试和发射过程中为其他测发控设备以及箭上设备供电。

有线测控主要是完成测试与发射控制中的供配电、关键地测参数采集以及发射流程的控制。

无线测控主要是完成测试与发射控制中的遥测数据采集以及无线设备的供配电。

数传通信也叫总体网，是连接测发控系统前后端设备的枢纽，用于发送后端测发控的指挥控制指令，接受前端的有线和无线数据。

测发控软件是根据测试与发控的流程，完成运载火箭控制指令的发送、有线数据和无线数据的采集以及数据和状态量的处理及存储［4］。

2 统型测发控指挥模式设计

地面测发控系统从发射控制功能上分为指挥控制、数据处理两个部分。地面测发控系统指挥控制作为火箭测试和发射的中心，是由前端地面设备和后端测发控大厅地面设备组成，完成对火箭各项测试以及发射控制。数据处理是在火箭分系统、总检查测试和发射中实时显示数据，为设计师系统的终端提供实时浏览各类信息以及事后数据回放处理的功能，用于事后数据分析和结果确认，为火箭状态判断提供决策支持［5-6］。

按照摆放位置的不同，统型测发控系统可分为3部分：a）后端位于发射指挥大厅，根据火箭发射流程发送指挥命令给前端设备并接收前端设备反馈的状态、有线数据和无线数据，然后实时显示；b）前端一般位于火箭发射塔架附近或地下室，主要由有线测控和无线测控系统组成，接收后端测发控指令并输出箭上供配电控制、有线数据采集、程序装订等动作，将状态量与采集结果发送到后端；c）通信线路主要完成程序装订、箭地间总线数据传输等。

统型测发控系统组成见图2。据此开展统型测发控一体化指挥控制方案设计。

图2 统型测发控系统组成Fig.2 Composition block of the ground test and launch control system

2.1 一体化指挥控制方案

运载火箭指挥控制系统包括前端放置的有线测控设备、无线测控设备、指挥控制微机、数据监测微机以及前后端网络设备。

参与指挥控制微机包括一体化指挥控制微机、控制系统指挥控制微机、测量系统指挥控制微机、动力系统指挥控制微机。

指挥控制部分的信息流包括系统指挥口令下达、动作指令通过后端传送至前端设备、测试数据从前端设备回传至后端，详见图3。

图3 指挥控制信息流示意Fig.3 Command and control flow chart

在分系统测试阶段，由各系统的指挥控制微机独立完成指挥控制测试进程，将测试信息传到一体化集成的数据服务器上。各系统指挥控制软件同时具备独立操作的功能。

火箭进入总检查和发射阶段，一体化指挥微机接收基地C3I系统或火箭指挥发送的指挥口令，一体化指挥软件按照指挥口令及预先配置的测控指令自动向各系统前端设备发送控制指令，实现一体化指挥直接对前端设备的控制。在实际应用时，为稳妥可靠，鉴于控制系统指令在发射控制流程中的重要性，控制系统测试发射指令由一体化指挥控制微机发出，经控制系统指挥控制微机自动转发至控制系统前端及箭上设备。例如，在点火时刻，一体化指挥控制微机发出点火指令后，控制系统指挥控制微机需要手动确认，并转发至前端完成火箭点火。

在总检查和发射阶段，各系统的一体化指挥控制软件界面为禁用状态，无法直接操作，但可对系统参数进行监测。

正常测试发射过程中，前后端设备将测试进程信息、测试数据、状态信息和遥测数据发送到一体化数据服务器上并在数据监测微机上显示。

当出现故障时，一体化指挥控制微机向各分系统指挥控制微机发送系统解锁指令，各分系统指挥控制微机界面操作控件解锁，分系统用户可以操作进行分系统测试或系统排除故障工作，通过各分系统软件向前端设备发送控制指令。

2.2 一体化指挥控制软件研制

原运载火箭各系统分别采用各自独立的地面测发控软件，测试数据、状态信息分散在各系统内部，给数据共享带来很大难度。

统型测发控软件系统采用云平台技术特有的分布开放式共享资源，按需获取计算能力、存储空间和信息服务，可大幅提高计算、存储和数据分析能力，改变了传统以服务器和PC 为中心的应用模式。基于云平台技术的运行平台构建在高速传输前端与后端网络平台上，将后端服务器、工作站等计算机运算资源一体化设计。取消各系统独立的服务器和工作站，通过服务器组与磁盘阵列，采用虚拟化集成技术进行运算资源一体化设计，同时采用“桌面云”技术实现各系统瘦客户机终端访问服务。

统型测发控软件从功能上划分，主要由一体化指挥软件和数据监测软件组成。基于云平台的应用，一体化指挥软件从型号顶层需求制定统一的测试流程，采用统一平台构建，通过一套平台化软件，实现了集多个传统分系统的指挥控制、显示、判读、分析等功能于一体的目标。一体化测发控软件系统在功能上可代替现有的控制系统地面软件，利用系统地面软件、总体网系统地面软件、动力系统地面软件，完成系统指挥流程调度、测发控逻辑控制、指挥指令发送以及参数信息接收显示及转发等工作。根据不同测试阶段和项目，配置成不同的软件界面，完成指定的测发控功能。

一体化指挥控制软件分为主控和副控。在主控软件正常工作状态下，副控软件不发出控制指令。在主控软件失效的情况下，副控软件通过自动切换接管控制权完成相应的测控功能。

数据监测软件系统可实时监测火箭箭上各系统及关键单机的状态，使设计人员减少重复、繁重的数据判读以及故障分析和排查工作，避免了重复性的产品维护，进一步提高了运载火箭测试、发射和产品维护效率。

3 统型测发控一体化指挥控制优化应用

目前火箭测发控系统后端各系统为独立研制，数据格式不统一，设备规模庞大，维护与操作人员多，系统间沟通口令繁琐［7］。国产化云平台虚拟化技术在运载火箭测试发射的应用解决了上述问题，优化了测试与发射操作人员人数及操作时间。

统型测发控系统后端大厅布局见图4。

图4 统型测发控后端发控大厅位置预示Fig.4 Location indication of the rear control hall

指挥模式实际应用为：

a）后端大厅操作手优化为一人，在总检查和发射的测发控流程中保留各系统指挥，指挥控制参与人员包括火箭指挥、指挥控制软件操作手、各系统指挥、各系统前端操作手、各系统箭上操作手；

b）火箭指挥下达口令给一体化指挥控制软件操作手及各系统指挥，软件操作手完成原后端所有软件及硬件操作；

c）各系统指挥向前端及箭上操作手下达操作口令，同时根据数据监测软件读取关键信息，向火箭指挥汇报系统工作状态；

d）火箭指挥根据指挥控制软件操作手和各系统指挥回令进入下一阶段工作。

在总检查和发射过程中，后端大厅仅有指挥控制软件操作手，其余人员均通过数据浏览终端完成火箭测试发射支持。

4 未来一体化指挥模式

随着云平台技术发展趋于成熟，云平台通过虚拟化技术创造相对稳定的高性能运行环境，可有效避免软件在中间服务软件系统上实际运行时因复杂运行环境带来的不可靠性。

同时数据处理具有强大的工作站和大容量物理内存，并且有高速固态硬盘和高性能显卡的支持，以满足对数据在线处理显示实时性的要求，进一步提高故障自动诊断效率，解放参试人员。

因此一体化指挥控制软件系统和数据监测系统在云平台运行稳定后，一体化测试发射指挥控制取消各分系统指挥，火箭指挥下达口令给指挥控制软件操作手、前端操作手和箭上操作手，各操作手完成动作后回令。火箭指挥根据指挥控制软件操作手回令和数据浏览监测结果进入下一步工作，进一步缩减测试发射流程中参试人员的数量。

通过远距离测发控网络的建设，未来可进一步实现控制中心对火箭的测试与发射控制。

未来测发控指挥控制模式见图5。

图5 未来测发控指挥控制模式Fig.5 Future command and control mode

5 结束语

统型测发控系统研制从顶层需求出发，实现了全箭统一测发控、统一供配电、射频综合、后端云平台，从而实现了总检查和发射指挥控制一体化，优化了发射支持设计人员的参试时间，进一步提高了测试效率，简化了使用维护，降低了保障难度，提升了现役液体运载火箭测试发射能力。