摘 "要： 在飛行試驗過程中，因缺乏對海量試飛原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)的快速檢查和故障定位，導(dǎo)致試飛工程師分析數(shù)據(jù)的難度急劇增加，影響試飛型號任務(wù)的高效進(jìn)行。在此針對上述問題對飛行試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行自檢測技術(shù)研究，設(shè)計了一個基于參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫的原始數(shù)據(jù)與預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)的自動化檢測系統(tǒng)軟件。該軟件可對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化檢測，同時依據(jù)專家數(shù)據(jù)庫的自定義判據(jù)，對預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化檢測和計算處理。經(jīng)過軟件測試和應(yīng)用，該軟件能夠有效地解決原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)異常和錯誤，提高試飛工程師對海量試飛數(shù)據(jù)的分析效率。

關(guān)鍵詞： 專家數(shù)據(jù)庫; 海量數(shù)據(jù); 自檢測; 飛行試驗

中圖分類號： TN911?34 " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號： 1004?373X（2015）06?0031?05

Soft design for automatic detection system of flight test data

XU Ying?kang， PENG Guo?jin， LIU Wei

（Chinese Flight Test Establishment， Xi’an 710089， China）

Abstract：In the flight test， the difficulty of data analysis is sharply rising due to the lack of quick detecting and fault positioning to huge raw and preprocessed data， which prevents the flight test mission from being executed effectively. The software for an automatic detection system of original data and preprocessed result data based on expert database of parameter information was designed for solving the problems above. The software can check original data and preprocessed data automatically according to the self?defined criterion of the expert database. The testing result and application of the software show that the software can effectively deal with data exception and error in original data and preprocessed result data， and improve the analysis efficiency of flight engineers for huge flight test data.

Keywords： expert database; huge data; automatic detection; flight test

0 "引 "言

隨著航空工業(yè)的不斷發(fā)展，軍機和民機向高集成化和系統(tǒng)化發(fā)展，飛機的測試參數(shù)也越來越多，試飛的數(shù)據(jù)通常達(dá)到10 GB以上甚至達(dá)到近100 GB，可以稱為海量數(shù)據(jù)。然而在海量數(shù)據(jù)面前，正確的分析出數(shù)據(jù)結(jié)果也變成一個客觀難題。經(jīng)分析和研究，對試驗數(shù)據(jù)的自動化檢查能夠有效提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和效率。

飛行試驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)是試飛中記錄、采集數(shù)據(jù)的過程。而實際飛行中，數(shù)據(jù)中的錯誤和異常只能通過試飛工程師或參試單位課題發(fā)現(xiàn)。缺乏原始數(shù)據(jù)與預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)的檢查，導(dǎo)致排故周期長，影響飛行計劃的安排，降低了飛行效率。如何快速的對原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化檢查和異常數(shù)據(jù)點的快速定位，并能夠根據(jù)日志文件關(guān)聯(lián)原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)中的異常位置，快速的在海量數(shù)據(jù)中找到異常數(shù)據(jù)是亟待解決的問題。

本文針對目前飛行試驗數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)果只能通過簡單的人工查看方式進(jìn)行檢測，不能對每個參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行有效的檢查，缺乏高效的檢測手段及快速的定位數(shù)據(jù)中的錯誤和異常等問題（如圖1所示）。設(shè)計了飛行試驗數(shù)據(jù)自動化檢測系統(tǒng)軟件，通過對飛行試驗的原始數(shù)據(jù)以及預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化檢測，為試飛工程師準(zhǔn)確判斷數(shù)據(jù)提供依據(jù)。通過設(shè)計自檢測參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫，對PCM、FCS、1553B等類型的原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確而高效的檢查。成功地解決各型號的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，有力地保障了試飛任務(wù)的順利進(jìn)行。

1 "軟件系統(tǒng)架構(gòu)

該軟件是面向試飛數(shù)據(jù)的一款應(yīng)用軟件，實現(xiàn)了試飛原始數(shù)據(jù)自檢測，各類型試飛參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)的自檢測三個部分組成。主要包括：試飛參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫設(shè)計，PCM類型原始數(shù)據(jù)檢測，F(xiàn)CS類型原始數(shù)據(jù)檢測，1553B總線類型原始數(shù)據(jù)檢測以及預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)檢測處理。軟件的結(jié)構(gòu)框圖見圖2。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼27t1.tifgt;

圖1 試飛數(shù)據(jù)處理流程圖

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼27t2.tifgt;

圖2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 "關(guān)鍵技術(shù)

2.1 "參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫設(shè)計

參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫設(shè)計是該軟件系統(tǒng)設(shè)計的難點。需要把試飛經(jīng)驗值，校正公式和理論知識等可固定的評判標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化。

（1） 采用試飛專家知識的數(shù)據(jù)庫管理方式，按型號飛機以及版本管理的數(shù)據(jù)庫，把試飛工程師的工程理論、經(jīng)驗等固化成數(shù)據(jù)庫信息，試飛數(shù)據(jù)判據(jù)數(shù)字化。

（2） 通過編輯專家數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)自相關(guān)參數(shù)和相關(guān)參數(shù)判據(jù)的生成，并通過公式編輯器自行設(shè)計參數(shù)之間的計算關(guān)系式。從處理結(jié)果方面根據(jù)參數(shù)關(guān)聯(lián)性對輸入數(shù)據(jù)正確性進(jìn)行判定，有效提高試飛數(shù)據(jù)處理能力及試飛工程師的數(shù)據(jù)分析效率。

2.2 "預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)自檢測處理技術(shù)

試飛數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)自檢測技術(shù)是基于參數(shù)信息專家知識數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)自檢測。

（1） 參數(shù)相關(guān)性計算公式解析設(shè)計，解析參數(shù)名稱，并實現(xiàn)帶基本計算函數(shù)的算邏運算。

（2） 異常點修復(fù)，對時間參數(shù)異常和參數(shù)值異常的結(jié)果值進(jìn)行修正和融合。對時間異常，按照參數(shù)采樣率進(jìn)行時間修正并記錄位置。對參數(shù)值異常，根據(jù)參數(shù)信息專家?guī)斓膮?shù)特征，修復(fù)其異常并記錄位置。

（3） 參數(shù)數(shù)據(jù)同步融合，對不同采樣率形成的多參數(shù)文件進(jìn)行同一時間軸的單一結(jié)果生成。依據(jù)參數(shù)屬性對參數(shù)值進(jìn)行融合，對緩變參數(shù)，速變參數(shù)以及開關(guān)量參數(shù)按照類型進(jìn)行不同方法（采樣保持/線性插值/多項式插值/用戶定義方式）同步融合。

2.3 "原始數(shù)據(jù)自檢測技術(shù)

試飛PCM，1553B，F(xiàn)CS等類型原始數(shù)據(jù)自檢測技術(shù)實現(xiàn)試飛原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、幀結(jié)構(gòu)等的自檢測分析如下：

（1） PCM類型原始數(shù)據(jù)自檢測。對PCM類型原始數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)、幀采樣率、記錄數(shù)據(jù)連續(xù)性、記錄時間連續(xù)性、幀連續(xù)性等進(jìn)行自動化分析檢測。

（2） 1553B類型原始數(shù)據(jù)自檢測。根據(jù)1553B數(shù)據(jù)庫或自拼消息命令字模式，對原始數(shù)據(jù)中錯誤消息塊，重復(fù)消息塊及消息塊源碼進(jìn)行自檢測。

（3） FCS類型原始數(shù)據(jù)自檢測。對FCS類型原始數(shù)據(jù)的幀ID字、計數(shù)字、時間是否連續(xù)進(jìn)行檢測，并按照數(shù)據(jù)幀格式的定義，對數(shù)據(jù)塊的完整性進(jìn)行分析檢測。

2.4 "異常和錯誤數(shù)據(jù)快速鏈接定位技術(shù)

自動檢測海量試飛原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)，很好地解決了試飛數(shù)據(jù)分析效率，快速的定位檢測日志中的錯誤信息對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性分析提供了依據(jù)。

本軟件提供了日志文件異常定位功能，通過點擊檢測日志文件中的異常記錄信息可自動鏈接打開原始數(shù)據(jù)、預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)文件窗口并自動定位到原始數(shù)據(jù)、預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)文件中異常信息出現(xiàn)的對應(yīng)位置。

3 "飛行試驗數(shù)據(jù)自檢測軟件系統(tǒng)設(shè)計

3.1 "軟件主程序設(shè)計

該軟件通過模塊化設(shè)計思路，主要由參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫設(shè)計，試飛原始數(shù)據(jù)自檢測，預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)檢測三個主要模塊組成。該軟件系統(tǒng)通過設(shè)計試飛參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫，形成參數(shù)信息數(shù)據(jù)庫文件，該數(shù)據(jù)庫作為PCM，1553B，F(xiàn)CS類型原始數(shù)據(jù)及預(yù)處理數(shù)據(jù)自檢測的依據(jù)。

原始數(shù)據(jù)檢測主要對幀的結(jié)構(gòu)，幀采樣率，幀完整性，數(shù)據(jù)塊完整性，消息塊重復(fù)等進(jìn)行檢測，并生成檢測日志文件。預(yù)處理數(shù)據(jù)自檢測完成參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫信息文件的解析，實現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的自動化分析檢測和相關(guān)計算處理，并生成日志文件。主流程圖如圖3所示。

3.2 "參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫設(shè)計

參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫。按照型號對參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，對試飛工程師的工程理論和實踐經(jīng)驗進(jìn)行編輯固化，包括參數(shù)的自關(guān)聯(lián)和相關(guān)聯(lián)，形成數(shù)字化的數(shù)據(jù)異常和結(jié)果的判據(jù)，并可以通過多項式的編輯實現(xiàn)參數(shù)本身或參數(shù)之間的關(guān)系函數(shù)關(guān)系自定義等功能的編輯實現(xiàn)。形成數(shù)字化的數(shù)據(jù)異?；蝈e誤判據(jù)的知識數(shù)據(jù)庫。

在Paradox數(shù)據(jù)庫中設(shè)計參數(shù)信息數(shù)據(jù)庫時，以參數(shù)名作為主鍵來設(shè)計，保證每條參數(shù)記錄的惟一性。數(shù)據(jù)庫共設(shè)計了3張表，參數(shù)基本信息表，參數(shù)檢測信息表及參數(shù)計算函數(shù)集表。表之間通過關(guān)鍵字段關(guān)聯(lián)，便于在專家數(shù)據(jù)庫設(shè)計中檢索和查詢。表的設(shè)計及表間關(guān)系如圖4所示。

數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)相關(guān)性關(guān)系設(shè)計：

Sif（parA…）Othen（parB，parC…parN）

意義為當(dāng)某時間點parA被觸發(fā)，檢測并記錄響應(yīng)參數(shù)parB，parC，…，parN是否發(fā)生變化及發(fā)生變化的時間點。

Cunt（parA…）

意義為統(tǒng)計和記錄parA從狀態(tài)0跳到狀態(tài)1和從狀態(tài)1跳到狀態(tài)0的次數(shù)以及時間點。

函數(shù)計算體描述表達(dá)設(shè)計：

col（ABCD100_D0_0_1）+col（ABCD100_D1_0_1）-col（ABCD100_D0_1_1）*0.4869

標(biāo)識當(dāng)前參數(shù)值為ABCD100_D0_0_1參數(shù)值+ ABCD100_D0_0_1參數(shù)值-ABCD100_D0_1_1參數(shù)值×0.486 9。

參數(shù)同步融合屬性的設(shè)計：

根據(jù)參數(shù)固有的采集屬性，設(shè)計該參數(shù)在輸出文件中的同步融合算法。對于緩變參數(shù)LINE屬性（線性插值算法），速變參數(shù)NTIME（采樣保持算法），像開關(guān)量參數(shù)設(shè)計為UNITE屬性，即結(jié)合LINE屬性和NTIME屬性來對其進(jìn)行同步融合。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼27t4.tifgt;

圖4 表設(shè)計字段及表間的關(guān)系

3.3 "預(yù)處理結(jié)果自檢測子系統(tǒng)設(shè)計

預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)自檢測處理。預(yù)處理結(jié)果文件即物理量數(shù)據(jù)文件，試飛工程師分析數(shù)據(jù)的最終數(shù)據(jù)文件，預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)自檢測處理是基于智能專家數(shù)據(jù)庫生成的參數(shù)信息文件為依據(jù)，分析各類型參數(shù)的計算公式，自相關(guān)和相關(guān)的關(guān)聯(lián)式、閾值、趨勢、融合和時間連續(xù)等檢測屬性，對參數(shù)值的異常和錯誤進(jìn)行檢測，修正和記錄，并根據(jù)日志文件中異常信息進(jìn)行預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)的快速定位。

依據(jù)參數(shù)信息專家數(shù)據(jù)庫生成的檢測頭文件，對檢測處理頭信息文件中檢測參數(shù)過程化的函數(shù)表達(dá)式、關(guān)聯(lián)式、邏輯表達(dá)式和校正類型等進(jìn)行識別和解析，獲得數(shù)據(jù)檢測及參數(shù)計算判據(jù)，對預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化檢查，修正并進(jìn)行計算處理的過程。

異常數(shù)據(jù)的修復(fù)，在預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)中，對于因為授時失敗，所以參數(shù)數(shù)據(jù)時間由內(nèi)部時標(biāo)進(jìn)行記錄，因而產(chǎn)生時間出現(xiàn)錯誤影響數(shù)據(jù)的分析。預(yù)處理結(jié)果自檢測通過自動計算參數(shù)采樣率，并對參數(shù)的采樣時刻時間進(jìn)行檢測并按照采樣率對時間進(jìn)行修正。

不同類型參數(shù)的融合技術(shù)，不同數(shù)據(jù)流中參數(shù)的同步分析是非常重要的，通過對參數(shù)數(shù)據(jù)分析，對不同性質(zhì)的參數(shù)采用不同的融合算法，像溫度、高度、速度等變化較慢的參數(shù)一般采用線性插值或拋物線插值進(jìn)行同步融合，而開關(guān)量、顫振參數(shù)等采用采樣保持算法進(jìn)行融合。下面為不同數(shù)據(jù)流不同參數(shù)同步融合的內(nèi)容描述：

File1文件 時間參數(shù) 參數(shù)11 參數(shù)12 參數(shù)13 … 參數(shù)1N

File2文件 時間參數(shù) 參數(shù)21 參數(shù)22 參數(shù)23 … 參數(shù)2N

……

FileN文件 時間參數(shù) 參數(shù)N1 參數(shù)N2 參數(shù)N3 … 參數(shù)NN

N個參數(shù)文件數(shù)據(jù)根據(jù)每個參數(shù)的屬性選擇融合算法，生成一個不超過N×N個參數(shù)的結(jié)果文件。

FileX文件 "時間參數(shù) 參數(shù)11… 參數(shù)21… 參數(shù)31 … 參數(shù)N×N

其中FileX的時間參數(shù)可以是File1…FileN中的任何文件的時間參數(shù)。

異常錯誤信息快速定位，對于檢測和處理所生成的日志中數(shù)據(jù)的異常和錯誤進(jìn)行快速定位，并進(jìn)行檢查數(shù)據(jù)的正確性也是該子系統(tǒng)的一個設(shè)計點。下面為日志文件關(guān)鍵內(nèi)容描述：

記錄號 "描述 （時間 參數(shù)名）， 位置指針值 "…

記錄1 " 在15：44：09：485參數(shù)名為ABCD100_D0_0_1的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常點，243585

記錄2 " 異常起始時間為： 15：43：00：000，45879

記錄3 " 異常結(jié)束時間為： 15：43：08：063，49965

……

記錄N " 在16：44：08：063時間點處，出現(xiàn)時間點異常，545965

記錄N+1 在16：48：13：963時間點處，對參數(shù)名為DDDD859_1的數(shù)據(jù)進(jìn)行了計算，545965

通過在日志文件中點擊異常和錯誤記錄，根據(jù)異常記錄中的位置指針值，軟件快速地自動鏈接并打開原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)及日志文件三個窗口，并準(zhǔn)確定位到檢測異常和錯誤出現(xiàn)的位置，為試飛數(shù)據(jù)準(zhǔn)確分析提供了一種高效的方法。

3.4 "原始數(shù)據(jù)自檢測子系統(tǒng)設(shè)計

原始數(shù)據(jù)自檢測針對機載采集記錄設(shè)備原始記錄的飛行數(shù)據(jù)，正確地反應(yīng)海量原始數(shù)據(jù)正確性也是非常的重要。該子系統(tǒng)依據(jù)PCM，F(xiàn)CS，1553B類型數(shù)據(jù)的格式，時標(biāo)記錄對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行自檢測：

（1） PCM類型原始數(shù)據(jù)自檢測。對試飛記錄的PCM類型的原始數(shù)據(jù)，通過對原始數(shù)據(jù)的按照長周采樣率分析，時間連續(xù)性分析以及完整的長周分析，對原始數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的問題如時間點跳躍，回跳，長周是否為完整的幀結(jié)構(gòu)等異常進(jìn)行自動化檢測。

（2） 1553B總線原始數(shù)據(jù)自檢測。對試飛原始1553B總線數(shù)據(jù)的自檢測分析，通過總線自檢測分析，發(fā)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)中錯誤消息塊，重復(fù)消息塊，消息塊的時間連續(xù)性等進(jìn)行分析。對異常原始數(shù)據(jù)進(jìn)行日志輸出。

（3） FCS類型原始數(shù)據(jù)自檢測。對試飛記錄的PCM格式的FCS原始數(shù)據(jù)，通過自動檢測原始數(shù)據(jù)的幀ID字、計數(shù)字、時間字是否連續(xù)，按照數(shù)據(jù)幀格式的定義，對數(shù)據(jù)幀的完整性進(jìn)行分析檢測。

4 "軟件系統(tǒng)界面設(shè)計

該軟件系統(tǒng)基于Paradox桌面數(shù)據(jù)庫開發(fā)的專家數(shù)據(jù)庫，在C++ Builder環(huán)境開發(fā)的原始數(shù)據(jù)、預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)自檢測模塊。并對該軟件系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行了詳細(xì)的測試驗證，在實際的型號試飛數(shù)據(jù)處理分析中進(jìn)行了實際應(yīng)用，通過軟件測試和實際應(yīng)用，該軟件運行結(jié)果正確。其軟件的運行界面如圖5所示。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼27t5.tifgt;

圖5 數(shù)據(jù)自檢測軟件系統(tǒng)運行界面圖

5 "結(jié) "語

本文在Paradox數(shù)據(jù)庫環(huán)境下基于C++ Builder開發(fā)的試飛數(shù)據(jù)自檢測軟件系統(tǒng)。該軟件實現(xiàn)試飛參數(shù)數(shù)據(jù)庫開發(fā)，試飛原始數(shù)據(jù)和試飛預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)的自檢測功能。并對該軟件進(jìn)行了軟件測評工作，經(jīng)過測試，該軟件能夠有效地自行設(shè)計定義參數(shù)計算信息，并對試飛原始數(shù)據(jù)自檢測，預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)的優(yōu)化分析自檢測，已經(jīng)應(yīng)用到數(shù)個試飛型號任務(wù)數(shù)據(jù)處理當(dāng)中。發(fā)揮了重要的作用，在飛行試驗中為試飛工程師高效的處理分析試飛數(shù)據(jù)提供了方便。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國飛行試驗研究院.航空武器裝備飛行試驗指南[M].西安：中國飛行試驗研究院，2010.

[2] 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.GJB289A?97 數(shù)字式時分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線[S].北京：國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會，1998.

[3] 于艷，王建軍，袁炳南.1553B總線數(shù)據(jù)采集、記錄與處理技術(shù)[EB/OL].[2013?04?07].http：//wenku.baidu.com.

[4] 揚宗志.C++ Builder 數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[5] 劉華.Borland C++ Builder程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[6] ACRA Control Ltd. KAM?500 application handbook [M]. [S.l.]： ACRA Control Ltd 2003.