王建軍，彭國金，陳惠君

(中國飛行試驗研究院，西安 710089)

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飛行試驗多源iNET數據精密分析技術研究

王建軍，彭國金，陳惠君

(中國飛行試驗研究院，西安 710089)

為了解決飛行試驗測試系統(tǒng)跨代升級，網絡化測試系統(tǒng)采集記錄的多源iNET試飛數據的精密分析難題，針對新形勢下的網絡化測試系統(tǒng)應用于飛行試驗所特有的多源數據測試技術架構，分析了該測試技術架構的特點，以及精密分析對試飛工程師驗證測試系統(tǒng)同步采集及數據同步分析算法的重要性，提出了基于數據流StreamID的測試參數iNET精密分析方法及實現技術，實現了多源iNET試驗數據的精密分析；最后在采用了網絡化測試系統(tǒng)的某試驗機的飛行試驗中對多源iNET數據進行了精密分析，試驗表明使用這些算法的數據處理軟件滿足飛行試驗iNET精密分析的需求。

同步采集; 精密分析; 飛行試驗; 多源

0 引言

在飛行試驗中，網絡化測試系統(tǒng)架構正逐漸取代傳統(tǒng)的PCM構架[1-3]，預計會成為未來飛行試驗測試系統(tǒng)構架技術的主流。和傳統(tǒng)的PCM架構截然不同，網絡化測試系統(tǒng)采用了多級網絡交換模式，相對于傳統(tǒng)的PCM測試系統(tǒng)只有一條數據流，全新架構的網絡化測試系統(tǒng)會產生數百條數據流，這無論是對設計完成的測試系統(tǒng)的同步采集功能還是數據處理軟件的同步分析功能，在應用于科研試飛之前都需要進行驗證和鑒定，以確保新型網絡化測試系統(tǒng)試驗數據從采集到處理整個過程都是正確的。

在飛行試驗過程中，精密分析即對試驗數據以最少的分析過程進行原始數據包的處理，特別地，這一過程要求不進行通常的試飛數據同步分析，即不對測試采集的多源數據進行時間同步處理，同時不對采集的多源數據[4]進行采樣率同步處理，不產生數據分析步驟帶來的數據誤差，以此真實反映試驗機的測試系統(tǒng)參數采集狀態(tài)，這樣可對飛行試驗數據處理同步處理軟件及算法驗證其正確性，更重要的是以便試飛工程師對試驗機網絡化測試系統(tǒng)的同步采集功能是否符合試驗要求進行鑒定提供數據依據。

飛行試驗試驗后的數據分析過程一般包括兩部分內容，即針對試驗機測試系統(tǒng)的驗證數據分析和針對試驗機試飛科目的性能、功能等設計指標的鑒定數據分析，隨著網絡化測試系統(tǒng)應用于現代飛行試驗，同時針對試飛科目數據同步處理采用了多項新技術，驗證試飛科目同步處理算法及處理結果的正確性，以及對網絡化測試系統(tǒng)的多源iNET試驗數據進行驗證數據分析，以確定測試系統(tǒng)的同步采集功能的可靠性、正確性，即對網絡化測試系統(tǒng)多源iNET試飛數據進行精密分析就成為了飛行試驗數據分析的一項重要內容。

1 飛行試驗測試系統(tǒng)

1.1 傳統(tǒng)PCM測試系統(tǒng)

我國飛行試驗長期以來普遍使用的是符合IRIG106遙測標準的KAM500機載測試系統(tǒng)，其測試結果形成標準的PCM數據流傳輸和記錄。飛行試驗KAM500機載測試系統(tǒng)可以采用一臺采集機箱(采集器)實現獨立測試，也可以有多臺采集機箱以主輔耦合方式進行分布式采集測試，通常我們在實際的飛行試驗工程中采用星形進行主輔采集機箱的連接，其典型結構如圖1所示，一個主采集器通過兩塊DEC/003板卡連接了三臺輔采集器構架了一個典型的主輔耦合方式的分布式采集測試。

圖1 飛行試驗典型PCM測試系統(tǒng)

在主輔耦合的分布式PCM測試系統(tǒng)中，各級輔采集器采集的參數都包含在主采集器的PCM幀結構中，主輔采集器均按照配置信息采集參數，最終在主采集器的主控模塊BCU中打上時標等信息生成一條PCM數據流發(fā)出去，被測試系統(tǒng)的記錄器記錄下來。

1.2 新型網絡化測試系統(tǒng)

美國試驗中心和項目評估投資機構為解決試驗中空地網絡化、遙測帶寬、多系統(tǒng)信息融合分析等問題，開發(fā)了相關的增強遙測綜合網iNET項目并制定了相關的標準。

隨著iNET協議標準的成熟，以及我國飛行試驗測試技術的發(fā)展，我們在飛行試驗中采用了iNET網絡化測試系統(tǒng)架構取代傳統(tǒng)的PCM測試系統(tǒng)架構。飛行試驗iNET網絡化測試系統(tǒng)采用一臺核心交換機連接多臺子網絡交換機的模式，其典型結構如圖2所示。

圖2 飛行試驗典型iNET測試系統(tǒng)

在飛行試驗iNET網絡化測試系統(tǒng)中，核心交換機連接了n臺子網絡交換機，每臺子網絡交換機可以連接多臺采集機箱(采集器)。每臺子網絡交換機可以連接多臺采集機箱，每個采集機箱都有一個主控模塊BCU，可以管理并按工程應用產生多條iNET數據流，采集機箱產生的多條iNET數據流經過子交換機傳輸到核心交換機，并被連接到核心交換機的記錄器記錄下來，這樣測試系統(tǒng)采集記錄的就是多條iNET數據流，每個iNET數據流都有自己的時間。

與傳統(tǒng)的PCM架構截然不同，網絡化測試系統(tǒng)采用了多級交換的網絡模式，按工程應用的需求可以搭載數十甚至上百臺的采集機箱，每個采集端機箱均有一個主控模塊BCU，每個BCU按試飛工程參數采樣率、參數源特性及參數采集板卡等特點可以管理若干個數據流，每個數據流都有自己的采集時間，即網絡化測試系統(tǒng)會存在數百甚至上千的數據流，每個數據流都有自己獨立的測試采集時間，即多條測試時間流。而在傳統(tǒng)的PCM架構中，試驗機的PCM測試系統(tǒng)一般僅一臺主采集機箱，其主控模塊BCU僅可管理一條PCM數據流，按PCM長周、短周的特性，一條PCM數據流僅有一個采集時間流。

2 飛行試驗測試數據精密分析

在飛行試驗中，全新的技術構架應用于試飛測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)和試驗機子系統(tǒng)的交聯，加裝的測試傳感器和試驗環(huán)境的交聯，機載測試環(huán)境較為復雜，網絡化測試系統(tǒng)中的多臺采集機箱同步采集功能尤為重要，特別是在測試系統(tǒng)研制過程中，必須驗證該功能的正確、完善，精密分析就必不可少，同時對事后試飛工程師進行多源iNET進行同步分析來說，也需要驗證其算法的正確性，精密分析也必不可少。

2.1 傳統(tǒng)PCM數據精密分析

在傳統(tǒng)的PCM構架技術的飛行試驗測試系統(tǒng)中，由1.1小節(jié)的分析我們知道飛行試驗采集記錄的PCM數據流僅有一條，其結構如圖3所示，該PCM數據流有一組固定結構的長周組成，每個長周包含多個短周，采集的參數按照PCM協議放置在相應的短周內。

圖3 PCM數據結構

無論是對測試系統(tǒng)的驗證數據分析，還是對試飛數據鑒定分析，因為采集的參數都放置在一個固定的長周內，不需要進行同步分析，所以不會產生因數據分析而帶來的數據誤差，故可以直接對記錄的數據進行分析，即可滿足測試系統(tǒng)的驗證數據分析和試飛數據鑒定分析的需求。

2.2 新形勢下iNET數據精密分析

在飛行試驗采用了iNET網絡化測試系統(tǒng)之后，采集記錄的iNET數據結構較為復雜，相對于傳統(tǒng)PCM測試系統(tǒng)采集記錄的只有一個PCM數據流，通過1.2小節(jié)的分析我們知道iNET網絡化測試系統(tǒng)采集記錄的有多個iNET數據流，在實際試飛工程應用中，以高達數百個iNET 數據流。iNET數據包的結構如圖4所示。

圖4 iNET網絡數據結構

在iNET測試系統(tǒng)中，采集記錄的是多流iNET數據[5]，無論是對測試系統(tǒng)同步采集功能的驗證，還是對試飛數據同步處理算法的鑒定，我們都需要對多流iNET數據進行精密分析，以驗證測試系統(tǒng)同步采集和數據處理同步算法的正確性，滿足飛行試驗網絡化測試系統(tǒng)的工程應用的需求。

3 飛行試驗iNET數據精密分析的關鍵技術

3.1 iNET數據時間信息解析技術

網絡化測試系統(tǒng)采集的iNET數據被記錄器進行記錄，每個iNET數據包在采集器主控模塊BCU組包時，按照iNET標準協議，會將時間信息放到iNET數據包中的相應位置。我們知道時間信息是判斷測試系統(tǒng)同步采集，數據處理軟件同步分析，以及試飛工程師判斷試飛數據最重要的信息，如圖4所示，數據包的時間信息有4words，其解析算法如下：

(1)打開采集記錄的iNET數據文件，找到一個完整的iNET數據包；

(2)按圖4所示的iNET數據結構，提取時間信息4words；

(3)假設該網絡數據包的時間信息的16進制數據為：0x4dfda3ab4fffa3da,按照協議我們轉成秒數，即為1325376427秒；

(4) 計算年信息，years =1325376427 / 31536000 = 42.027410800355149670218163368848,起始時間是從1970年0點0分0秒開始計算的，所以年years =42+1972=2012；

(5)計算閏年，leap year = (2012-1972)/4 = 10,所以普通的年的秒數是second1 = 32 * 31536000 = 1009152000，閏年的秒數是second2 = 10 *(31536000 + 86400) = 316224000。

(6)計算采集時間的月日，當前年中的秒數為second3=1325376427- second1-second2=427，Days = 427/86400 = 0.00494212962962962962962962962963 = 0 days，所以是1月1日；

(7)計算采集時間的時分秒，當前日信息中剩余的秒數為，secondR = 427-(0 * 86400)=427，那么小時Hours=427/3600=0.11861111111111111 =0hours,分鐘Mins=(427-(0 * 3600))/60=7.1166666666667 = 7 mins,秒Sec = 427-(7 * 60) = 7 seconds；

(8)計算納秒信息，按照協議該數據包納秒為220000671，毫秒Milicecs=220.0000671；

(9)所以該數據包的時間信息為2012年01月01日0:07:07:220.0000671。

所有的iNET數據時間包都可以按此算法進行解析，得到iNET數據時間包的采集時間信息。

3.2 iNET測試系統(tǒng)同步采集數據分析技術

網絡化測試系統(tǒng)通過 IEEE1588時鐘進行同步采集，我們知道，在理論上每臺采集器在系統(tǒng)的開始時刻都是進行第一個消息包的采集，即在這個開始的絕對時刻，測試系統(tǒng)上所有的采集器上的所有的iNET數據流的第一個數據包均有一個相同的絕對時刻，但是每條iNET數據流的數據包采樣率是可以不相同的。其中對于某一臺采集器來說，每個采集周期的開始，該采集器主控模塊BCU管理的所有的iNET數據流的第一個數據包的采集開始絕對時刻應該是一樣的，在這之后，每條iNET數據流按照數據包的采集率進行等間距采樣并發(fā)送。

一般地，我們在飛行試驗機載測試系統(tǒng)中，所有采集器的采樣周期一般設置為一秒，那么整個機載測試系統(tǒng)的大采樣周期也就是一秒，這樣我們對iNET測試系統(tǒng)的同步采樣分析算法如下：

(1) 打開試驗記錄的iNET原始數據，讀取iNET配置信息文件，將所有數據包的相關信息讀取到內存中；

(2) 開始分析iNET原始數據，按iNET標準協議以及記錄協議，找到iNET數據中的關鍵StreamID值，并按照3.1小節(jié)算法解析出該數據包的時間信息，該時間信息作為時間包的絕對時刻，判斷該時刻是否為采樣周期的開始，即整秒；

(3) 如果該時刻不是整秒，則繼續(xù)分析下一個時刻，直到數據包的時刻為整秒值，并按一定格式輸出該時刻，以及該時刻數據包的關鍵StreamID值；

(4) 將每個數據包的整秒采集時刻都分析出來并進行輸出，直到原始數據文件結束。

最后，我們分析該結果文件中的數據，檢查所有的數據包在采樣周期的開始時刻是否進行了采集，就可以判斷iNET測試系統(tǒng)是否進行了同步采集。

3.3 基于標準StreamID的iNET數據同步算法檢測分析技術

網絡化測試系統(tǒng)采集的飛行試驗iNET數據在記錄器中記錄成一個原始數文件，通常試飛工程師在進行鑒定數據處理時，會同時處理多個采集機箱中的多個數據包中的參數，這個時候試飛數據分析軟件需進行同步分析，為了檢測同步分析算法是否正確，我們需進行精密分析。

按照iNET協議，如圖4所示，StreamID作為網絡數據包的標識信息，即每個數據包均有獨立的StreamID值，同時StreamID和該數據包中的參數有關聯關系，這樣我們通過StreamID的值來提取記錄的同一個數據包中的參數，最后將采用同一StreamID提取的參數和經過同步分析的參數進行比較分析，來驗證同步分析算法的正確性，其算法如下：

(1)打開試驗記錄原始數據，讀取相關的配置信息文件；

(2)按試飛工程師的數據分析需求對某個StreamID的參數進行分析；

(3)開始數據處理，按iNET協議進行數據判斷，找到需處理的StreamID的數據包；

(4)對照參數偏移量、分辨率、取位等配置信息，不進行參數采樣率處理，直接提取該數據包中的對應參數并輸出到結果文件中；

(5)繼續(xù)以上 步驟進行數據分析，直到原始數據文件結束。

最后，我們分析該結果文件中的數據，對同一參數對照同步分析的結果文件進行檢查，就可以判斷iNET數據同步分析算法是否正確。

4 設計實現與測試

4.1 設計實現

使用C++語言開發(fā)了iNET數據精密分析軟件[6-7]，分析軟件實現界面如圖5所示。

圖5 iNET數據精密分析軟件實現

4.2 iNET測試系統(tǒng)同步采集數據分析測試

某試驗機采用了網絡化測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)的網絡構建采用了iNET技術，以星形網絡進行了連接，同步時鐘采用了IEEE1588時鐘同步系統(tǒng)。

應用該軟件對該試驗機測試的iNET數據進行測試系統(tǒng)同步采集數據分析[8-10]，我們隨機選取了StreamID1的參數ID1_P1，StreamID2的ID2_P1，StreamID3的ID3_P1，StreamID4的ID4_P1，StreamID5的ID5_P1，StreamID6的ID6_P1等6個數據包的6個參數進行處理，分別進行同步采集數據分析后，再對該6個結果文件進行比對分析，如圖6所示，該測試系統(tǒng)的采集器在測試采樣周期的開始時刻該6個數據流均進行了參數數據采集。

iNET測試系統(tǒng)同步采集數據分析測試結果表明：該測試系統(tǒng)同步采集功能正常，符合網絡化測試系統(tǒng)飛行試驗同步采集要求。

圖6 某試驗機同步采集數據分析結果

4.3 iNET數據同步算法分析測試

iNET數據同步分析軟件是飛行試驗重要的數據處理接口軟件，直接為多個試驗機提供數據處理服務，結合精密分析我們對該軟件核心算法，同步處理算法進行分析測試。首先我們使用iNET數據同步分析軟件對iNET數據進行同步處理，其次我們對某個網絡數據包進行精密處理，最后我們將該數據包中的某個參數在兩次處理結果文件中的數據進行比較。

選擇試驗機的氣壓高度參數進行同步算法分析測試，通過比對處理結果數據，兩次不同方法處理的結果完全一致，其計算結果如圖7所示。

圖7 某試驗機氣壓高度參數計算結果

iNET數據同步算法分析測試結果表明： iNET同步分析軟件算法正確，數據結果處理準確。

5 結束語

本文介紹了飛行試驗網絡化測試系統(tǒng)下iNET數據精密分析的重要性和必要性，分析了傳統(tǒng)PCM測試系統(tǒng)的架構、iNET數據流的特點，設計了了iNET數據時間信息解析技術、iNET測試系統(tǒng)同步采集數據分析技術、基于標準StreamID的iNET數據同步算法檢測分析技術，解決了iNET數據精密分析的關鍵問題，并設計實現了iNET數據精密分析軟件，解決了現代飛行試驗iNET數據的精密分析的難題，為新型網絡化測試系統(tǒng)應用于飛行試驗提供了重要的技術支撐。經某試驗機試飛實際驗證，該軟件滿足了試飛工程師的新型網絡化測試系統(tǒng)的試驗數據精密分析需求，基于以上算法開發(fā)的飛行試驗iNET試驗數據精密分析軟件已在多個試驗機試驗中推廣使用。

[1] iNET System Architecture(Version 2007)[Z].

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[6] 彭國金,等. 非結構化海量網絡數據處理技術研究,現代電子技術, 2011(14).

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Research on the Precision Analysis Technology of the Flight Test Multi-source iNET Data

Wang Jianjun,Peng Guojin,Chen Huijun

(Chinese Flight Establishment of AVIC, Xi′an 710089, China)

In order to solve the problem of sophisticated analytical caused by flight test system of inter-generationl upgrade and network test systems collect and record multiple sources iNET flight data,introduce traditional methods,the network for the new situation test system applied to flight test the special test multiple source data technology architecture.analyzes the characteristics of the testing technology architecture and the importance of sophisticated analysis to the flight test engineer verfication correct of system synchronization acquisition and data synchronization algorithm .proposed INET sophisticated analytical method and implementation technique based on data flow StreamID test parameters and achieve a precise analysis of multi-source inet test data. meet the modern flight test system of multi-source data precision.in the end ,the precision analysis of the multi source data is carried out in the flight test of a certain test machine with the network test. and the test results show that the data processing satisfy the requirement of precision analysis.

synchronization acquisition; precision analyse; flight test; multi-source

2016-03-10；

2016-03-30。

國防基礎科研項目(A0520132031)。

王建軍(1971-)，男，陜西楊陵人, 碩士，研究員，主要從事飛行試驗測試與數據處理技術研究。

1671-4598(2016)06-0248-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.06.068

TN911-34

A