摘 要：為了提高試飛效率、縮短試飛周期，根據(jù)型號(hào)試飛需求，為多目標(biāo)綜合安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)試飛講評(píng)軟件，結(jié)合試飛實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理任務(wù)要求，進(jìn)一步提高試飛的效率和質(zhì)量，為型號(hào)任務(wù)有效開展服務(wù)。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(jī)交互技術(shù)，基于多精度三維數(shù)字地圖、試飛數(shù)據(jù)庫(kù)及試飛任務(wù)信息庫(kù)，建立一個(gè)以試飛講評(píng)為主體的數(shù)字化環(huán)境，設(shè)計(jì)滿足新裝備飛行試飛任務(wù)事后分析講評(píng)需求的軟件。

關(guān)鍵詞：試飛講評(píng)； 可視化技術(shù)； 任務(wù)信息； 數(shù)據(jù)處理

中圖分類號(hào)：TN91134 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X（2012）22011603

0 引 言

在新型飛機(jī)試飛過(guò)程由于新機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和高新材料，試飛的風(fēng)險(xiǎn)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(duì)飛行員的培訓(xùn)，研制開發(fā)了一套完整的試飛記錄回放講評(píng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可將任務(wù)的任一角度以三維立體展示，在多目標(biāo)試飛過(guò)程中，試飛員據(jù)此能清楚地判別戰(zhàn)機(jī)位置、友機(jī)與目標(biāo)。在其他科目試飛中，試飛講評(píng)與飛行員培訓(xùn)系統(tǒng)能夠綜合分析關(guān)鍵時(shí)間段的相關(guān)數(shù)據(jù)、圖像信息，并與歷史相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

國(guó)外在講評(píng)方面有非常成功完整的系統(tǒng)，美國(guó)有名的“紅旗”演習(xí)，它建立了一套完整的空戰(zhàn)訓(xùn)練記錄回放講評(píng)系統(tǒng)，空戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)可將任務(wù)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(jī)位置、友機(jī)、目標(biāo)與威脅源。 空戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)是“紅旗”演習(xí)的關(guān)鍵，因?yàn)樗苤苯釉u(píng)估任務(wù)效果。飛行員的記憶經(jīng)常與空戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)記錄的并不相符，在看過(guò)任務(wù)實(shí)況回放后，飛行員可清楚地看到他們是如何進(jìn)行任務(wù)的。由于需要長(zhǎng)時(shí)間的討論，一次講評(píng)下來(lái)一般需要三、四個(gè)小時(shí)，往往比進(jìn)行任務(wù)本身更久。講評(píng)的目的是讓飛行員能把經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)立即反饋到下次任務(wù)中，甚至成為日后“紅旗”演習(xí)中的教學(xué)范例。

本軟件是對(duì)試飛前的任務(wù)規(guī)劃信息和試飛過(guò)程中形成的數(shù)據(jù)、圖像等信息的進(jìn)一步挖掘和綜合分析，采用圖形處理技術(shù)、可視化軟件設(shè)計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)試飛任務(wù)講評(píng)功能。

1 軟件設(shè)計(jì)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(yùn)行，使系統(tǒng)具有可靠性、可維護(hù)性、可理解性、可擴(kuò)展性、可移植性。采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化設(shè)計(jì)，人機(jī)界面簡(jiǎn)捷，功能劃分合理清晰，系統(tǒng)具有較高的適應(yīng)性和操作維護(hù)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(jī)交互技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、多精度三維數(shù)字地圖隨動(dòng)技術(shù)等建立一個(gè)以試飛講評(píng)為主體的數(shù)字化仿真環(huán)境，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，便于以后優(yōu)化升級(jí)［1］。該軟件是基于P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，每一個(gè)客戶端都隨時(shí)可以充當(dāng)服務(wù)器，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于進(jìn)行試飛講評(píng)和問(wèn)題討論［2］。采用操作靈活、免安裝的桌面數(shù)據(jù)庫(kù)［3］。

借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，基于海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律構(gòu)建實(shí)用的專項(xiàng)起降飛行技術(shù)分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。運(yùn)用飛行過(guò)程回放、飛行狀態(tài)查詢比對(duì)、歷次講評(píng)信息總結(jié)等手段，為試飛員飛行事后講評(píng)和操縱建議提供依據(jù)［4］。分步實(shí)施、逐步逼近。應(yīng)用新型飛機(jī)飛行相關(guān)理論和研究成果，在新型飛機(jī)試飛期間，通過(guò)對(duì)試飛任務(wù)單信息和數(shù)據(jù)的采集，建立新型飛機(jī)飛行技術(shù)分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，客觀反映試飛結(jié)果、總結(jié)試飛經(jīng)驗(yàn)，保障試飛安全、提高試飛效率、提高飛行員培訓(xùn)效果。

2 軟件設(shè)計(jì)

該軟件設(shè)計(jì)了兩種工作模式，即實(shí)時(shí)監(jiān)控模式和事后講評(píng)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(píng)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(shè)計(jì)

試飛講評(píng)與飛行員培訓(xùn)系統(tǒng)軟件的正常運(yùn)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(duì)格式格柵信息、校準(zhǔn)信息和ICD信息進(jìn)行導(dǎo)入、編輯和管理，形成帶頭文件，以帶頭文件為依據(jù)對(duì)PCM（遙測(cè)、機(jī)載記錄）數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)計(jì)算法和構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行分析處理，最后形成處理結(jié)果數(shù)據(jù)文件；對(duì)機(jī)載記錄的GPS數(shù)據(jù)與地面站的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行事后差分處理，形成結(jié)果數(shù)據(jù)文件；對(duì)遙測(cè)視頻和機(jī)載視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和事后卸載、時(shí)間段挑選等［5］。其中PCM數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的輸入有機(jī)載記錄數(shù)據(jù)和遙測(cè)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(jìn)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(shí)間段進(jìn)行處理，采樣率可以根據(jù)任務(wù)需要進(jìn)行設(shè)置［6］，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去跳點(diǎn)、平滑和消除趨勢(shì)項(xiàng)等多項(xiàng)處理［7］。最后將各類數(shù)據(jù)的預(yù)處理結(jié)果都導(dǎo)入講評(píng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)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(píng)信息管理軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)管理軟件設(shè)計(jì)思想是，對(duì)講評(píng)所需的所有信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、入庫(kù)，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(wù)規(guī)劃信息管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)共三個(gè)模塊組成。

2.2.1 任務(wù)規(guī)劃信息管理模塊設(shè)計(jì)

任務(wù)規(guī)劃信息管理模塊的設(shè)計(jì)思路是將試飛任務(wù)單的內(nèi)容進(jìn)行整理、分解、歸類之后所形成的信息輸入到講評(píng)信息庫(kù)中。在講評(píng)過(guò)程中可以將任務(wù)規(guī)劃信息、指標(biāo)與實(shí)際試飛過(guò)程中任務(wù)的執(zhí)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，達(dá)到提高試飛任務(wù)設(shè)計(jì)、執(zhí)行能力，找到提高試飛效率的最佳方案。

任務(wù)管理模塊主要具有任務(wù)單相關(guān)信息的錄入、編輯、修改和入庫(kù)功能，具有嚴(yán)格的用戶權(quán)限管理功能。任務(wù)設(shè)定、執(zhí)行情況的對(duì)比結(jié)果，即試飛講評(píng)結(jié)論可以輸入也可以自動(dòng)生成。

2.2.2 數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)管理模塊主要對(duì)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括數(shù)據(jù)入庫(kù)、查詢、動(dòng)作段定義、數(shù)據(jù)標(biāo)注等。并形成系統(tǒng)日志。系統(tǒng)日志可以記錄最近一段時(shí)間內(nèi)用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所進(jìn)行的一切操作，有利于數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)和留證。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，主要是對(duì)用戶信息、試飛員信息、任務(wù)規(guī)劃信息、試飛數(shù)據(jù)信息和試飛講評(píng)技術(shù)資料庫(kù)等，進(jìn)行錄入、管理、查詢等，設(shè)計(jì)一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件穩(wěn)定、高效運(yùn)行的必備條件。該軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)由5個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表構(gòu)成，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)示意圖其中，用戶管理庫(kù)表由用戶名、用戶密碼、用戶權(quán)限和備注字段共4個(gè)字段組成；試飛員信息庫(kù)中的字段有：試飛員編號(hào)、姓名、年齡、級(jí)別、飛機(jī)駕齡等；試飛數(shù)據(jù)信息庫(kù)是整個(gè)講評(píng)軟件中的核心數(shù)據(jù)庫(kù)，它主要由飛機(jī)名、飛機(jī)號(hào)、飛行日期、飛行架次、試飛員姓名、任務(wù)單編號(hào)、講評(píng)結(jié)果、備注共8個(gè)字段組成；任務(wù)規(guī)劃信息庫(kù)主要存放的是任務(wù)單的內(nèi)容，包括任務(wù)單編號(hào)、天氣、風(fēng)力、溫度、試飛動(dòng)作設(shè)計(jì)、執(zhí)行步驟、剖面圖等相關(guān)信息字段；技術(shù)資料庫(kù)主要由資料編號(hào)、發(fā)布日期、資料名稱、接收日期、飛機(jī)名、飛機(jī)號(hào)等字段構(gòu)成。各個(gè)庫(kù)表之間通過(guò)關(guān)鍵字段建立聯(lián)接，可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合查詢功能［8］。

2.3 數(shù)據(jù)同步回放軟件設(shè)計(jì)

該軟件的設(shè)計(jì)思路是多個(gè)數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊處理，PCM和GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)流進(jìn)行合并時(shí)，因?yàn)椴蓸勇什煌覕?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(jìn)行數(shù)據(jù)流合并，合并結(jié)果與音視頻進(jìn)行同步時(shí)，不進(jìn)行差分處理，采用時(shí)間對(duì)齊的處理方法，因?yàn)閮蓷l數(shù)據(jù)流只是在時(shí)間上具有相關(guān)性，內(nèi)容上沒(méi)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(jìn)行組包，按照UDP協(xié)議通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到講評(píng)顯示終端，進(jìn)行分析、顯示和講評(píng)。軟件數(shù)據(jù)流向圖如圖2所示。

2.4 視圖驅(qū)動(dòng)、管理軟件設(shè)計(jì)

該軟件是試飛講評(píng)軟件的后臺(tái)應(yīng)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(duì)講評(píng)分析、顯示軟件的管理，同步回放軟件與講評(píng)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(luò)狀態(tài)信息等。軟件與相關(guān)軟件之間的數(shù)據(jù)流向圖如圖2所示。

2.5 講評(píng)信息可視化綜合分析、顯示軟件設(shè)計(jì)

該軟件采用可視化技術(shù)、三維動(dòng)畫技術(shù)、多線程技術(shù)等圖形處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)三維姿態(tài)、二維綜合航跡、關(guān)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(gè)講評(píng)應(yīng)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(dòng)畫顯示軟件包括飛機(jī)姿態(tài)（起落架、襟縫翼等局部可動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)）、燃油動(dòng)畫顯示、顫振激勵(lì)在飛機(jī)模型上通過(guò)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(duì)講評(píng)所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、時(shí)間歷程曲線繪制，可以在曲線上進(jìn)行鼠標(biāo)取點(diǎn)、放大、縮小、截取鼠標(biāo)選定范圍的時(shí)間段數(shù)據(jù)等功能；數(shù)據(jù)對(duì)比分析軟件，是將本架次的某段數(shù)據(jù)與講評(píng)信息庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)判試飛任務(wù)執(zhí)行效果，并進(jìn)行原因分析，進(jìn)一步提高任務(wù)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(kù)保存。

在講評(píng)過(guò)程中可以隨時(shí)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(gè)專業(yè)的監(jiān)控軟件包中的任何一個(gè)實(shí)時(shí)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(píng)過(guò)程中使用實(shí)際飛行動(dòng)作效果與技術(shù)理論進(jìn)行對(duì)比而設(shè)計(jì)的，目前只要是PDF格式的任何資料都可以在講評(píng)軟件界面隨時(shí)打開。

3 結(jié) 語(yǔ)

該軟件支持觸摸、鼠標(biāo)等多種操作方式，通過(guò)三維動(dòng)畫顯示、電子地理信息航跡顯示［10］、曲線、數(shù)據(jù)對(duì)比、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等多種方式，達(dá)到通過(guò)試飛數(shù)據(jù)對(duì)試飛過(guò)程進(jìn)行立體重現(xiàn)，全方位的分析試飛過(guò)程中的每一個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作技術(shù)細(xì)節(jié)，讓試飛員、試飛工程師等相關(guān)技術(shù)人員，自己的試飛動(dòng)作執(zhí)行和試飛動(dòng)作設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，對(duì)試飛效率的提高起到重要作用。該講評(píng)系統(tǒng)軟件也可以用于其它型號(hào)試飛講評(píng)系統(tǒng)中，有非常好的可移植性和系統(tǒng)兼容性。

參 考 文 獻(xiàn)

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

［3］ 李禹生，歐陽(yáng)崢崢.Access數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用技術(shù)＼[M＼].北京：清華大學(xué)出版社，2008.