飛行試驗遙測數據準實時分析軟件的設計與實現(xiàn)

劉語喬，郭世偉，聶 睿

（中國飛行試驗研究院 陜西 西安　710089）

飛行試驗遙測數據準實時分析軟件的設計與實現(xiàn)

劉語喬，郭世偉，聶 睿

（中國飛行試驗研究院 陜西 西安710089）

飛行數據的準實時處理對于縮短試飛周期和提高試飛安全保障有著很大的作用?；诂F(xiàn)有遙測實時系統(tǒng)架構，針對某型號定型試飛需求開發(fā)了飛行試驗遙測數據準實時分析軟件。該軟件可對數據進行回放，準實時計算部分按照科目劃分使用動態(tài)鏈接庫進行了封裝，針對試飛監(jiān)控特點還開發(fā)了門限告警、參數檢查和數據文件管理等功能。飛行試驗遙測數據準時分析軟件必將成為保障飛行安全并輔助指揮決策的有利工具。

飛行試驗；準實時；動作段；回放

飛行試驗是一項風險性高、代價高、周期長的綜合性試驗項目。對于風險性科目及一些特殊科目都采取了實時監(jiān)控保障，但是目前的實時監(jiān)控系統(tǒng)只能對測試設備的直接測量量進行顯示，缺乏對試驗數據的進一步分析和計算，這就錯失了確認動作有效性及發(fā)現(xiàn)潛在飛行危險因素的最佳時機。遙測數據的準實時分析軟件通過建立性能、品質、載荷等科目函數計算動態(tài)鏈接庫，可快速計算出飛行科目相關的參數指標。通過客戶端回放程序及時發(fā)現(xiàn)飛行隱患、確認動作有效性并為下一個動作的開展提出有利建議，可進一步確保飛行試驗過程中的人機安全，并高效、經濟的完成飛行試驗從而縮短試飛周期。

1　需求分析

著新機的生命。某些對氣象或者環(huán)境有特殊要求的科目，準實時分析軟件可以及時評估動作有效性、改善試飛動作完成質量從而有效提高架次利用率、縮短試飛周期。

1.2提供試飛安全保障

飛行試驗的探索性和真實性決定了它的風險性，國內外試飛史上，各種飛行事故屢見不鮮。地面試飛工程師及飛行指揮員可通過試飛安全監(jiān)控系統(tǒng)實時掌握飛機各系統(tǒng)狀態(tài)。準實時處理系統(tǒng)可在客戶端對遙測數據進行回放、計算、繪圖、記錄，可在最短時間內對飛行數據進行分析處理，進而可進行一定的預判和估計從而發(fā)現(xiàn)某些影響飛行安全的隱患。

2　系統(tǒng)結構

1.1縮短試飛周期

每個機型從預先研究、設計研發(fā)、生產樣機、定型試飛、批量生產再到投入部隊形成作戰(zhàn)力都要經過幾年甚至十幾年的時間。據統(tǒng)計，其中民機類試飛周期約占整個研制周期的一半，軍機約占到55%，對于新研制類飛機，試飛周期的長短有時決定著它的命運。一定程度上可以說，試飛周期決定

準實時處理系統(tǒng)借助當前遙測實時監(jiān)控系統(tǒng)，運行于實時系統(tǒng)客戶端?，F(xiàn)階段實時監(jiān)控系統(tǒng)使用遙測接收機實時接收機載采集系統(tǒng)輸出的PCM流數據，經實時系統(tǒng)服務器處理發(fā)送至監(jiān)控臺端。在監(jiān)控臺端，飛行指揮員、試飛工程師可根據預制的監(jiān)控畫面觀測飛行的狀態(tài)信息。在涉及到包線、邊界值的科目試飛架次或者幾個科目結合的試飛架次中，試飛工程師需要對關鍵動作段進行反復回看、對直接測量量計算得到性能指標后才能確認動作的有效性及動作完成質量，目前的實時系統(tǒng)只能等到飛行結束后才可進行。準實時分析軟件可對飛行數據進行自主回放，通過逐步完備的動態(tài)鏈接庫規(guī)范了各個科目中性能指標的計算流程，通過參數檢查和報警功能可實現(xiàn)對所有遙測參數進行實時觀測。

2.1遙測準實時系統(tǒng)結構

圖1為飛行試驗遙測準實時監(jiān)控系統(tǒng)結構圖，發(fā)射端飛機上各種總線數據經過采集器將部分重要參數通過PCM生成器生成PCM信號，PCM信號經過調制后使用飛機上的遙測裝置進行發(fā)射［1］。地面接收到遙測數據后經光纖傳輸到前端實時數據處理服務器，前端實時數據處理服務器在對數據進行幀分析后將數據發(fā)送至客戶端用以驅動畫面程序。準實時分析軟件運行于客戶端，在收到數據后可對數據進行存儲、按照科目分類計算、數據回放。

圖1　遙測實時監(jiān)控系統(tǒng)Fig.1　Telemetry real-time monitoring system

2.2準實時分析軟件結構

風險科目試飛過程中，關鍵動作段的完成質量備受關注?，F(xiàn)有實時系統(tǒng)只能在飛行結束后才可進行回放檢查，極易因動作評估不及時造成動作完成質量不高，架次無效等結果。尤其是在失速、結冰等風險科目中，可能會出現(xiàn)相當嚴重的后果。如圖2所示，準實時計算模塊可供指揮員和試飛工程師對飛行性能指標進行快速計算；自主數據回放模塊通過讀取數據服務器存儲數據可進行數據回放，且回放過程與實時過程互不影響；實時檢查及告警模塊可對所有遙測參數進行顯示，使其不受預定監(jiān)控畫面的限制，還可預設各個參數門限值用以在實時過程中進行告警顯示；繪圖功能可對本機記錄參數數據進行繪圖。遙測數據準實時分析軟件對于及時確認動作有效性、評估動作完成質量提供了技術手段，為下一個動作的執(zhí)行提供了決斷依據。

圖2　遙測數據準實時分析軟件結構Fig.2　Architecture of quasi-real-time analyze telemetry data software

3　軟件設計關鍵點

3.1實時/回放可同時進行

遙測數據準實時分析軟件中的回放模塊可對實時過程中的數據按照課題需求進行自主回放，且回放過程與實時過程可同時進行、互不干擾。實時部分使用TCP/IP協(xié)議通過客戶端從實時數據處理服務器接收數據，回放部分通過讀取準實時分析軟件記錄存儲在數據處理服務器上的數據。

通過毫秒級的比較，回放過程可對回放數據起始時間進行預設，可以迅速且精確的定位關鍵時間段數據?；胤挪糠周浖鞒虉D見圖3。

圖3　回放流程圖Fig.3　Flowchart of data replay

回放速度的控制通過 sleep（）函數和Application-＞ProcessMessages（）函數的配合使用，sleep（）函數可以執(zhí)行使當前線程掛起一段時間，時間單位以毫秒計算，通過掛起時間長短來控制回放速度。Application-＞ProcessMessages（），循環(huán)讀取文件過程中每當程序運行到這句時，程序就會讓系統(tǒng)響應一次消息，從而可以使數據能夠伴隨著文件讀取過程持續(xù)顯示并更新，這種做法類似于VB中DoEvent的方法。并且開發(fā)了相應的暫停、繼續(xù)等功能方便試飛工程師檢查關鍵時間點數據，回放參數可自主選擇。

3.2野點剔出

在飛行監(jiān)控實時過程中，數據服務器分別記錄下每個動作段的數據及整個架次數據。由于傳感器本身或者遙測鏈路中的各種原因，可能使得接收到的遙測數據包含一些錯誤的量值，稱為野值。經分析，接收到的遙測數據中野值大多屬于孤立型野值［2］。在客戶端讀取準實時處理服務器端數據進行計算前，服務器端首先要對所存儲數據進行野點剔出。野點剔出過程中為避免野值逆?zhèn)鞯那闆r，未采用中心差分公式而采用了前推式差分方法，這里采用了七點二階算法。

七點二階算式如下：

式中，i=7，8，9，…，N，yi為原始試驗數據，為差值后數

據［3］。

通常數據中連續(xù)跳點的值都比較接近，可用下式剔除連續(xù)跳點。當點為野值時，則滿足下式的點也是野值：

在試驗數據中連續(xù)跳點很少超過4點，故取m=2，以避免將階躍信號當作野值剔除。當滿足式（3）超過3個點時，則認為y（k），y（k+1），…，y（m）均為正常。

3.3動態(tài)鏈接庫的設計

遙測數據準實時分析軟件是針對直升機飛機專業(yè)開發(fā)的應用于飛行試驗實時監(jiān)控過程中的準實時數據分析軟件，主要包括有性能、品質和載荷3個課題，每個課題又由若干科目組成。使用動態(tài)鏈接庫對每個科目計算參數過程中所用到的函數封裝后就可以避免計算方法不統(tǒng)一、計算過程中誤差控制不一致等原因造成的影響。以性能課題航程及續(xù)航時間科目中的作戰(zhàn)時間計算為例，在該參數計算過程中規(guī)范了使用最小二乘法進行曲線擬合［4］。

在按科目對函數進行封裝過程中注意歸類，將輸入參數相同或有前后調用關系的函數歸為一類，定義在同一結構體中，減少了子函數數目，使參數計算過程及繼承關系更加清晰［5］。例如功率相關參數定義在同一結構體中，則功率函數計算返回值為該結構體，如下：

3.4門限告警

目前指揮員和試飛工程師只能看到預制畫面所顯示的參數，參數檢查和門限告警界面通過列表形式給出了所有遙測參數的實時數值。通過讀取配置文件中預設的重要參數的正常值范圍，在實時參數值超過預設值時通過表格底色的改變進行告警。

3.5數據文件管理

遙測數據準實時分析軟件每次飛行過程中均會產生大量數據文件，數據文件管理模塊運行于數據服務器用以管理數據文件。全盤查找數據文件通過深度優(yōu)先原則與遞歸算法相結合的方法找出磁盤內所有后綴為DCM或者A6Q的數據文件［6］。開發(fā)了批量刪除文件功能，用以管理過期數據文件。按日期查找數據文件通過比對文件 FileAge（**）屬性和MonthCalendar1-＞Date屬性內容定位所查找文件并在表格中定位所有符合條件的文件［7］。

4　結束語

文中通過分析現(xiàn)階段及未來飛行試驗型號任務的需求，以現(xiàn)有遙測數據傳輸網絡為硬件基礎，開發(fā)了運行于實時系統(tǒng)客戶端及數據服務器的軟件。通過數據回放、科目參數計算、參數檢查、告警及數據管理等功能可及時分析關鍵動作段數據，評判動作完成質量，可有效提高飛行效率，同時可為任務講評系統(tǒng)的評判提供有力依據?，F(xiàn)階段，遙測數據準實時分析軟件已試運行于某重點型號飛行試驗實時監(jiān)控中，必將為保障飛行安全及縮短試飛周期產生積極的作用。

［1］劉明．新一代試飛測試系統(tǒng)架構及其應用［J］．計算機測量與控制，2014，22（1）：1729-1731.

［2］蔣希帥.雷達目標跟蹤濾波算法的研究［D］.大連：大連海事大學，2008.

［3］肖剛.無人機飛行數據采集與模型辨識［D］.西安：西北工業(yè)大學，2006.

［4］代冬巖，李智勇，張宏禮．最小二乘曲線擬合及其MATLAB實現(xiàn)［J］．黑龍江科技信息，2009（21）：35-36.

［5］譚浩強．C程序設計［M］．3版.北京：清華大學出版社，2005.

［6］李瑋順．用C語言實現(xiàn)文件的模糊查找［J］．電子科技，1999：46-47．

［7］余明興，吳明哲．Borland C++Builder 5實例精解［M］．北京：清華大學出版社，2001．

The design and implementation of quasi-real-time analyze telemetry data of flight test software

LIU Yu-qiao，GUO Shi-wei，NIE Rui
（Chinese Flight Test Establishment of AVIC，Xi’an 710089，China）

For shorting the flight test cycle and improving the security of flight test，Quasi-real-time processing plays an important role.Based on the existing real-time telemetry system architecture，developed the quasi-real-time analyze telemetry data of flight test software for a task of certain model.The software can replay data.It packaged Quasi-real-time calculation using dynamic link library according to subjects.It also development the function of threshold alarming，parameter checking and data file management.The quasi-real-time analyze telemetry data of flight test software will become a powerful tool to ensure flight safety and to assist command.

flight test；quasi-real-time；action period；replay

TN98

A

1674－6236（2016）03-0037-03

2015-03-27稿件編號：201503389

劉語喬（1984—），女，陜西臨潼人，碩士，工程師。研究方向：數據處理。