基于MATLAB GUI的導(dǎo)航衛(wèi)星測試數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

李紳 楊國學(xué) 寇會鋼

摘要：針對導(dǎo)航衛(wèi)星測試數(shù)據(jù)處理量較大，重復(fù)性工作較多，人工處理耗時較長、過程易錯等問題，開發(fā)了基于Matlab/GUI的導(dǎo)航衛(wèi)星測試數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了連續(xù)處理多組上下行測試數(shù)據(jù)以及自動生成報表等功能，極大地減少了測試數(shù)據(jù)的處理時間，提高了分析數(shù)據(jù)的效率，減輕了測試人員的工作量。從界面設(shè)計、回調(diào)函數(shù)設(shè)計、系統(tǒng)處理流程等方面詳細介紹了系統(tǒng)開發(fā)的過程，并對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理與驗證。結(jié)果表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了上下行測試數(shù)據(jù)特征值的計算與繪圖，并生成了Word報表，系統(tǒng)可靠、高效、簡便，數(shù)據(jù)處理精度保持與原始數(shù)據(jù)一致。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)航衛(wèi)星;MATLAB GUI;測試數(shù)據(jù);生成報表

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）31-0232-03

在我國北斗導(dǎo)航衛(wèi)星全球系統(tǒng)建設(shè)中，導(dǎo)航衛(wèi)星在整星出廠前及發(fā)射入軌后都需要嚴(yán)格的測試工作，只有各個階段的測試結(jié)果合格，導(dǎo)航衛(wèi)星才能正式運行。隨著北斗導(dǎo)航衛(wèi)星全球系統(tǒng)的建設(shè)，導(dǎo)航衛(wèi)星的測試工作也越來越多，由此產(chǎn)生了大量的測試數(shù)據(jù)，如何快速有效地分析處理這些測試數(shù)據(jù)，是擺在測試人員面前一個亟待解決的問題。因為操作流程復(fù)雜、分析結(jié)果易錯、處理等待時間長等原因，通常的人工分析處理方式的效率很難滿足需求。因此，開發(fā)一款可以分析處理測試數(shù)據(jù)并能自動生成報表的軟件有著重要的意義。

本文以某導(dǎo)航衛(wèi)星在軌測試試驗為背景，結(jié)合Matlab工具，利用Matlab高效率的矩陣運算特點縮短數(shù)據(jù)處理時間;利用Matlab圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境GUIDE實現(xiàn)用戶界面功能;通過對主界面中按鈕回調(diào)函數(shù)的設(shè)計實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取、計算，自動生成數(shù)據(jù)圖像及表格報表。簡化了操作流程，縮短了處理時間，并通過試驗數(shù)據(jù)驗證了軟件功能及其可靠性。

1 GUI簡介

圖形用戶界面GUI（ Graphical User Interface） 是指利用圖形控件來顯示計算機操作的用戶界面，簡而言之，就是實現(xiàn)人機交互功能的界面。MATLAB GUI 具有易于開發(fā)、開發(fā)周期短的優(yōu)點。GUIDE 是Matlab 圖形用戶接口開發(fā)環(huán)境的簡稱，可方便地建立圖形窗口、文本框、按鈕、菜單等圖形對象，實現(xiàn)GUI編程和圖形界面的布局。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 界面設(shè)計

使用GUIDE 設(shè)計系統(tǒng)主界面，如圖1所示，所有操作功能均設(shè)計在一個界面。

在界面的上方可以選擇上下行測試文件所在的目錄以及要寫入的WORD文檔報告模板。如果沒有WORD模板，可點擊界面上的按鈕“生成報告模板”來生成一個WORD模板。在界面的中間可以輸入配置參數(shù)，包括“上行測距精度擬合階數(shù)”、“原始數(shù)據(jù)起始刪除點數(shù)”和“原始數(shù)據(jù)末尾刪除點數(shù)”，其中，“上行測距精度擬合階數(shù)”只作為上行測試處理回調(diào)函數(shù)的輸入?yún)?shù)，“原始數(shù)據(jù)起始刪除點數(shù)”“原始數(shù)據(jù)末尾刪除點數(shù)”可作為上行測試處理回調(diào)函數(shù)和下行測試處理回調(diào)函數(shù)的輸入?yún)?shù)。在界面的下方有按鈕“上行測試處理”“下行測試處理”，用于控制處理上行測試數(shù)據(jù)和下行測試數(shù)據(jù)。分別點擊這兩個按鈕，系統(tǒng)可讀取上述目錄下的上行測試文件和下行測試文件，通過回調(diào)函數(shù)對測試文件進行處理，并將處理結(jié)果寫入WORD文檔中。

2.2 控件回調(diào)函數(shù)設(shè)計

回調(diào)函數(shù)設(shè)計部分包括上行測試處理回調(diào)函數(shù)設(shè)計和下行測試處理回調(diào)函數(shù)設(shè)計。

2.2.1 上行測試處理回調(diào)函數(shù)

上行測試處理回調(diào)函數(shù)用于處理導(dǎo)航衛(wèi)星接收測試設(shè)備上行信號時產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)通過S遙測下傳給地面遙測接收機。數(shù)據(jù)處理的過程主要包含以下步驟：

1. 讀取目錄下的上行測試數(shù)據(jù)，含通道A和通道B測試數(shù)據(jù);

2. 計算每個支路時延測量值的測距精度;

3. 計算每個支路時延測量值的變化量;

4. 計算每個支路時延測量值的擬合值，擬合階數(shù)在系統(tǒng)主界面中輸入，階數(shù)越高，數(shù)據(jù)處理精度越高;

5. 計算時延測量值與擬合值的差值序列，并計算該差值序列的均方差;

6. 將時延測量值、時延測量值的變化量、時延測量值與擬合值的差值序列分別繪圖;

7. 將上述數(shù)據(jù)處理結(jié)果與圖片輸出到Word文檔中。

2.2.2 下行測試處理回調(diào)函數(shù)

下行測試處理回調(diào)函數(shù)用于處理測試設(shè)備接收導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號的測試數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理的過程主要包含以下步驟：

1. 讀取目錄下的下行測試數(shù)據(jù)，含B1B2B3測試數(shù)據(jù);

2. 計算每個支路時延測量值的最大值、最小值與平均值;

3. 計算每個支路的時延測量值變化量和時延測量值二次變化量;

4. 計算每個支路的時延測量值百點平均;

5. 計算每個支路時延測量值百點平均的最大值與最小值;

6. 計算每個支路電平測量值的最大值、最小值與平均值;

7. 將每個支路的時延測量值、時延測量值變化量、時延測量值二次變化量、時延測量值百點平均與電平測量值繪圖;

8. 將上述數(shù)據(jù)處理結(jié)果與圖片輸出到Word文檔中。

2.3 生成Word報告

由于導(dǎo)航衛(wèi)星的測試數(shù)據(jù)格式相同，處理結(jié)果的數(shù)據(jù)格式也一樣，需要將大量格式相同的數(shù)據(jù)生成Word報告，因此，Word報告的自動生成功能就顯得十分必要了。一個Word報告的生成共需要經(jīng)過Word文檔的創(chuàng)建、文字的插入、表格的創(chuàng)建與插入、圖片的插入等操作。

Matlab調(diào)用Word組件實現(xiàn)Word文檔的創(chuàng)建編輯，利用activeserver 函數(shù)將Word COM組件創(chuàng)建為服務(wù)器。使用get 函數(shù)獲得某個COM 服務(wù)器的屬性，再使用set 函數(shù)設(shè)置該屬性，比如光標(biāo)位置。通過改變光標(biāo)的位置來控制輸入內(nèi)容的位置，對于文字內(nèi)容可以設(shè)置字體、大小、段落格式，對于表格可以設(shè)置表格大小、邊框樣式、寬度和虛實，打印輸出圖片。系統(tǒng)自動生成WORD報告流程圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)處理流程圖

本文通過GUIDE 完成了GUI 的界面設(shè)計和編程設(shè)計，最終設(shè)計開發(fā)了導(dǎo)航衛(wèi)星測試數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)。在系統(tǒng)主界面上操作可以完成衛(wèi)星測試數(shù)據(jù)的分析處理，并把處理結(jié)果輸出到Word文檔。系統(tǒng)處理流程圖如圖3所示。

4 案例分析

應(yīng)用本系統(tǒng)對某導(dǎo)航衛(wèi)星在軌測試的試驗數(shù)據(jù)進行分析處理，以驗證系統(tǒng)的可靠性。隨機選取某段時間運行數(shù)據(jù)進行驗證，在處理數(shù)據(jù)過程中以及處理數(shù)據(jù)完成后，在主界面上都會提示，增加系統(tǒng)使用的體驗性。

試驗數(shù)據(jù)分為上行測試數(shù)據(jù)和下行測試數(shù)據(jù)，上行測試數(shù)據(jù)包含通道A、通道B兩個通道的測距數(shù)據(jù)，下行測試數(shù)據(jù)包含B1、B2、B3三個頻點的測距數(shù)據(jù)、電平測試數(shù)據(jù)等。

本系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)，能夠計算出上行時延測量值的測距精度、下行時延測量值的最大值最小值、下行時延測量值百點平均的最大值最小值等數(shù)值，也能夠生成上行時延測量數(shù)據(jù)圖、時延測量值與時延擬合值的差值圖、下行時延測量數(shù)據(jù)圖、下行時延測量值百點平均數(shù)據(jù)圖、下行電平測量數(shù)據(jù)圖等繪圖，并將數(shù)值結(jié)果與圖片插入Word報表。表1為下行數(shù)據(jù)處理結(jié)果記錄表，記錄了下行各支路時延測量值和電平測量值的最大值、最小值和波動值。圖4為寫入Word報表的上行通道A時延測量數(shù)據(jù)圖，含通道A時延測量原始數(shù)據(jù)圖和通道A時延測量值變化量數(shù)據(jù)圖，圖5為寫入Word報表的下行B1Ap支路時延測量值百點平均數(shù)據(jù)圖，時延測量值的變化是由衛(wèi)星的運動帶來的，一定程度上體現(xiàn)了衛(wèi)星的運動軌跡。采用本系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理并生成報表的時間大約為10秒，速度快、圖片精良、統(tǒng)計結(jié)果準(zhǔn)確，在實現(xiàn)要求的同時提升了用戶體驗性。而如果采用人工處理的方式，則至少需要15分鐘。

5 結(jié)束語

基于MATLAB /GUI開發(fā)的導(dǎo)航衛(wèi)星測試數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，充分發(fā)揮了MATLAB在數(shù)據(jù)處理中的優(yōu)勢，系統(tǒng)主界面層次分明，操作簡單，可以連續(xù)處理多組上下行測試數(shù)據(jù)，大大減輕了重復(fù)性的工作，減少了測試人員處理數(shù)據(jù)的時間，提高分析處理的效率及準(zhǔn)確性，自動生成報表功能可以一鍵生成所有特征量的處理結(jié)果和圖形，生成WORD報告，獲得直觀的分析結(jié)果。通過對某導(dǎo)航衛(wèi)星在軌測試的試驗數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果表明，本系統(tǒng)是導(dǎo)航衛(wèi)星測試數(shù)據(jù)分析處理的有效工具，系統(tǒng)可靠、高效。

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