摘 要：為了提高試飛效率、縮短試飛周期，根據(jù)型號試飛需求，為多目標綜合安全監(jiān)控系統(tǒng)設計試飛講評軟件，結(jié)合試飛實時數(shù)據(jù)處理任務要求，進一步提高試飛的效率和質(zhì)量，為型號任務有效開展服務。該軟件基于地理信息、系統(tǒng)仿真、可視化技術(shù)及智能人機交互技術(shù)，基于多精度三維數(shù)字地圖、試飛數(shù)據(jù)庫及試飛任務信息庫，建立一個以試飛講評為主體的數(shù)字化環(huán)境，設計滿足新裝備飛行試飛任務事后分析講評需求的軟件。

關鍵詞：試飛講評； 可視化技術(shù)； 任務信息； 數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：TN91134 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X（2012）22011603

0 引 言

在新型飛機試飛過程由于新機結(jié)構(gòu)復雜，采用多項先進技術(shù)和高新材料，試飛的風險和難度隨之提高，為了能更好地保證試飛安全、提高試飛效率以及完成對飛行員的培訓，研制開發(fā)了一套完整的試飛記錄回放講評系統(tǒng)，該系統(tǒng)可將任務的任一角度以三維立體展示，在多目標試飛過程中，試飛員據(jù)此能清楚地判別戰(zhàn)機位置、友機與目標。在其他科目試飛中，試飛講評與飛行員培訓系統(tǒng)能夠綜合分析關鍵時間段的相關數(shù)據(jù)、圖像信息，并與歷史相關數(shù)據(jù)進行對比分析。

國外在講評方面有非常成功完整的系統(tǒng)，美國有名的“紅旗”演習，它建立了一套完整的空戰(zhàn)訓練記錄回放講評系統(tǒng)，空戰(zhàn)訓練系統(tǒng)可將任務的任一角度以三維立體展示，飛行員據(jù)此能清楚地判別戰(zhàn)機位置、友機、目標與威脅源。 空戰(zhàn)訓練系統(tǒng)是“紅旗”演習的關鍵，因為它能直接評估任務效果。飛行員的記憶經(jīng)常與空戰(zhàn)訓練系統(tǒng)記錄的并不相符，在看過任務實況回放后，飛行員可清楚地看到他們是如何進行任務的。由于需要長時間的討論，一次講評下來一般需要三、四個小時，往往比進行任務本身更久。講評的目的是讓飛行員能把經(jīng)驗教訓立即反饋到下次任務中，甚至成為日后“紅旗”演習中的教學范例。

本軟件是對試飛前的任務規(guī)劃信息和試飛過程中形成的數(shù)據(jù)、圖像等信息的進一步挖掘和綜合分析，采用圖形處理技術(shù)、可視化軟件設計技術(shù)、圖像處理技術(shù)、多類型數(shù)據(jù)同步回放、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等來實現(xiàn)試飛任務講評功能。

1 軟件設計原理

根據(jù)軟件工程規(guī)范的要求，系統(tǒng)規(guī)劃軟件的開發(fā)、運行，使系統(tǒng)具有可靠性、可維護性、可理解性、可擴展性、可移植性。采用標準化、通用化和系列化設計，人機界面簡捷，功能劃分合理清晰，系統(tǒng)具有較高的適應性和操作維護方便性。

該系統(tǒng)軟件基于地理信息、系統(tǒng)仿真、可視化技術(shù)及智能人機交互技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、多精度三維數(shù)字地圖隨動技術(shù)等建立一個以試飛講評為主體的數(shù)字化仿真環(huán)境，軟件采用模塊化設計，便于以后優(yōu)化升級［1］。該軟件是基于P2P網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計的，每一個客戶端都隨時可以充當服務器，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于進行試飛講評和問題討論［2］。采用操作靈活、免安裝的桌面數(shù)據(jù)庫［3］。

借助先進的計算機技術(shù)，基于海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計規(guī)律構(gòu)建實用的專項起降飛行技術(shù)分析基礎數(shù)據(jù)庫。運用飛行過程回放、飛行狀態(tài)查詢比對、歷次講評信息總結(jié)等手段，為試飛員飛行事后講評和操縱建議提供依據(jù)［4］。分步實施、逐步逼近。應用新型飛機飛行相關理論和研究成果，在新型飛機試飛期間，通過對試飛任務單信息和數(shù)據(jù)的采集，建立新型飛機飛行技術(shù)分析基礎數(shù)據(jù)庫，客觀反映試飛結(jié)果、總結(jié)試飛經(jīng)驗，保障試飛安全、提高試飛效率、提高飛行員培訓效果。

2 軟件設計

該軟件設計了兩種工作模式，即實時監(jiān)控模式和事后講評模式，可以充分利用系統(tǒng)資源。系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，試飛講評軟件總體數(shù)據(jù)流向示意圖如圖2所示。

2.1 多類型多數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)處理軟件設計

試飛講評與飛行員培訓系統(tǒng)軟件的正常運行需要豐富的素材，多類型多數(shù)據(jù)劉數(shù)據(jù)處理軟件是對格式格柵信息、校準信息和ICD信息進行導入、編輯和管理，形成帶頭文件，以帶頭文件為依據(jù)對PCM（遙測、機載記錄）數(shù)據(jù)進行工程量轉(zhuǎn)換，部分參數(shù)依據(jù)其物理含義的理論原理設計算法和構(gòu)建數(shù)學模型，進行分析處理，最后形成處理結(jié)果數(shù)據(jù)文件；對機載記錄的GPS數(shù)據(jù)與地面站的基準數(shù)據(jù)進行事后差分處理，形成結(jié)果數(shù)據(jù)文件；對遙測視頻和機載視頻進行實時處理和事后卸載、時間段挑選等［5］。其中PCM數(shù)據(jù)預處理模塊的輸入有機載記錄數(shù)據(jù)和遙測監(jiān)控系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)兩種數(shù)據(jù)格式，輸出有二進制、文本和第三方繪圖格式的數(shù)據(jù)文件，既可以全程處理，也可以按時間段進行處理，采樣率可以根據(jù)任務需要進行設置［6］，可以對數(shù)據(jù)進行去跳點、平滑和消除趨勢項等多項處理［7］。最后將各類數(shù)據(jù)的預處理結(jié)果都導入講評系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。該軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 多類型多數(shù)據(jù)流處理軟件結(jié)構(gòu)圖2.2 講評信息管理軟件設計

數(shù)據(jù)管理軟件設計思想是，對講評所需的所有信息、數(shù)據(jù)進行管理、入庫，該軟件所形成的結(jié)果信息作為數(shù)據(jù)同步回放軟件的輸入。該軟件主要由任務規(guī)劃信息管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和數(shù)據(jù)庫共三個模塊組成。

2.2.1 任務規(guī)劃信息管理模塊設計

任務規(guī)劃信息管理模塊的設計思路是將試飛任務單的內(nèi)容進行整理、分解、歸類之后所形成的信息輸入到講評信息庫中。在講評過程中可以將任務規(guī)劃信息、指標與實際試飛過程中任務的執(zhí)行數(shù)據(jù)進行對比分析，達到提高試飛任務設計、執(zhí)行能力，找到提高試飛效率的最佳方案。

任務管理模塊主要具有任務單相關信息的錄入、編輯、修改和入庫功能，具有嚴格的用戶權(quán)限管理功能。任務設定、執(zhí)行情況的對比結(jié)果，即試飛講評結(jié)論可以輸入也可以自動生成。

2.2.2 數(shù)據(jù)管理模塊設計

數(shù)據(jù)管理模塊主要對進入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行管理，包括數(shù)據(jù)入庫、查詢、動作段定義、數(shù)據(jù)標注等。并形成系統(tǒng)日志。系統(tǒng)日志可以記錄最近一段時間內(nèi)用戶對數(shù)據(jù)庫所進行的一切操作，有利于數(shù)據(jù)庫的維護和留證。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設計

該系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)庫采用關系數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，主要是對用戶信息、試飛員信息、任務規(guī)劃信息、試飛數(shù)據(jù)信息和試飛講評技術(shù)資料庫等，進行錄入、管理、查詢等，設計一個好的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫管理軟件穩(wěn)定、高效運行的必備條件。該軟件的數(shù)據(jù)庫由5個數(shù)據(jù)庫表構(gòu)成，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)示意圖其中，用戶管理庫表由用戶名、用戶密碼、用戶權(quán)限和備注字段共4個字段組成；試飛員信息庫中的字段有：試飛員編號、姓名、年齡、級別、飛機駕齡等；試飛數(shù)據(jù)信息庫是整個講評軟件中的核心數(shù)據(jù)庫，它主要由飛機名、飛機號、飛行日期、飛行架次、試飛員姓名、任務單編號、講評結(jié)果、備注共8個字段組成；任務規(guī)劃信息庫主要存放的是任務單的內(nèi)容，包括任務單編號、天氣、風力、溫度、試飛動作設計、執(zhí)行步驟、剖面圖等相關信息字段；技術(shù)資料庫主要由資料編號、發(fā)布日期、資料名稱、接收日期、飛機名、飛機號等字段構(gòu)成。各個庫表之間通過關鍵字段建立聯(lián)接，可以實現(xiàn)聯(lián)合查詢功能［8］。

2.3 數(shù)據(jù)同步回放軟件設計

該軟件的設計思路是多個數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)進行時間對齊處理，PCM和GPS差分數(shù)據(jù)流進行合并時，因為采樣率不同而且數(shù)據(jù)流中有相同數(shù)據(jù)元素，所以必須采用線性插值處理算法進行數(shù)據(jù)流合并，合并結(jié)果與音視頻進行同步時，不進行差分處理，采用時間對齊的處理方法，因為兩條數(shù)據(jù)流只是在時間上具有相關性，內(nèi)容上沒有相同數(shù)據(jù)元素。同步誤差控制在40 ms內(nèi)。

將完成同步之后的數(shù)據(jù)按照事先定義好的格式進行組包，按照UDP協(xié)議通過網(wǎng)絡發(fā)送到講評顯示終端，進行分析、顯示和講評。軟件數(shù)據(jù)流向圖如圖2所示。

2.4 視圖驅(qū)動、管理軟件設計

該軟件是試飛講評軟件的后臺應用軟件，綜合分析、顯示軟件和同步回放軟件之間的接口軟件。軟件功能主要是對講評分析、顯示軟件的管理，同步回放軟件與講評分析、顯示軟件之間的信息交換，包括參數(shù)信息、數(shù)據(jù)信息和網(wǎng)絡狀態(tài)信息等。軟件與相關軟件之間的數(shù)據(jù)流向圖如圖2所示。

2.5 講評信息可視化綜合分析、顯示軟件設計

該軟件采用可視化技術(shù)、三維動畫技術(shù)、多線程技術(shù)等圖形處理、計算機技術(shù)，以及網(wǎng)絡通信技術(shù)，設計開發(fā)三維姿態(tài)、二維綜合航跡、關鍵參數(shù)數(shù)據(jù)分析曲線等數(shù)據(jù)分析顯示軟件，音視頻解壓播放軟件等多個講評應用軟件，軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 可視化綜合分析、顯示軟件結(jié)構(gòu)示意圖其中三維動畫顯示軟件包括飛機姿態(tài)（起落架、襟縫翼等局部可動件的驅(qū)動）、燃油動畫顯示、顫振激勵在飛機模型上通過色彩變化、數(shù)值和曲線的方式顯示；曲線分析軟件主要是對講評所需的關鍵數(shù)據(jù)進行點對點、時間歷程曲線繪制，可以在曲線上進行鼠標取點、放大、縮小、截取鼠標選定范圍的時間段數(shù)據(jù)等功能；數(shù)據(jù)對比分析軟件，是將本架次的某段數(shù)據(jù)與講評信息庫中的歷史數(shù)據(jù)進行對比分析，評判試飛任務執(zhí)行效果，并進行原因分析，進一步提高任務的規(guī)劃、執(zhí)行效率，歸納出更好的試飛方法，并將分析結(jié)果入庫保存。

在講評過程中可以隨時調(diào)入綜合監(jiān)控軟件、平顯監(jiān)控軟件以及圖5中所示的各個專業(yè)的監(jiān)控軟件包中的任何一個實時監(jiān)控中用到的監(jiān)控畫面軟件［9］。資料調(diào)入顯示軟件是為了在講評過程中使用實際飛行動作效果與技術(shù)理論進行對比而設計的，目前只要是PDF格式的任何資料都可以在講評軟件界面隨時打開。

3 結(jié) 語

該軟件支持觸摸、鼠標等多種操作方式，通過三維動畫顯示、電子地理信息航跡顯示［10］、曲線、數(shù)據(jù)對比、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計等多種方式，達到通過試飛數(shù)據(jù)對試飛過程進行立體重現(xiàn)，全方位的分析試飛過程中的每一個關鍵動作技術(shù)細節(jié)，讓試飛員、試飛工程師等相關技術(shù)人員，自己的試飛動作執(zhí)行和試飛動作設計的實際效果，對試飛效率的提高起到重要作用。該講評系統(tǒng)軟件也可以用于其它型號試飛講評系統(tǒng)中，有非常好的可移植性和系統(tǒng)兼容性。

參 考 文 獻

［1］ 高飛， 聶青，李蕙芳，等.C++與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)＼[M＼].北京：北京理工大學出版社，2006.

［2］ 朗銳，羅發(fā)根.Visual C++ 網(wǎng)絡通信程序開發(fā)指南＼[M＼].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［3］ 李禹生，歐陽崢崢.Access數(shù)據(jù)庫應用技術(shù)＼[M＼].北京：清華大學出版社，2008.