王 宇 張富強(qiáng)

（91404部隊(duì) 秦皇島 066000）

1 引言

水面艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源多樣，測(cè)試過程中需要對(duì)不同來源數(shù)據(jù)進(jìn)行分別處理，而后進(jìn)行統(tǒng)一分析，這樣就導(dǎo)致人力資源消耗大。該系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，對(duì)多種類型數(shù)據(jù)進(jìn)行流水線式的作業(yè)操作，經(jīng)過分步處理、集中分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理分析的綜合集成。

2 系統(tǒng)組成及功能

系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)基礎(chǔ)操作模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出模塊、數(shù)據(jù)挑批剃點(diǎn)模塊、數(shù)據(jù)插值對(duì)準(zhǔn)模塊、數(shù)據(jù)輔助分析模塊、歷史數(shù)據(jù)及態(tài)勢(shì)回放模塊［1］等組成。

2.1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)操作模塊

提供對(duì)數(shù)據(jù)的增刪查改等基礎(chǔ)操作，并提供SQL語言的支持，支持對(duì)數(shù)據(jù)的自定義操作功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的靈活拓展。

2.2 數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出模塊

提供原始數(shù)據(jù)的入庫(kù)功能，采用靈活的數(shù)據(jù)適配兼容機(jī)制，實(shí)現(xiàn)不同來源、不同版本、不同格式的數(shù)據(jù)的導(dǎo)入［2］。數(shù)據(jù)導(dǎo)入采用向?qū)讲僮鹘缑妗Ｔ诮缑嬖O(shè)計(jì)的過程中充分考慮頁(yè)面布局與功能布局相結(jié)合。

2.3 數(shù)據(jù)挑批剃點(diǎn)模塊

實(shí)現(xiàn)從大量數(shù)據(jù)中，篩選出有效數(shù)據(jù)。根據(jù)目標(biāo)原始批號(hào)及融合批號(hào)，從數(shù)據(jù)中批量挑出目標(biāo)相關(guān)的所有數(shù)據(jù)。采用批處理方式對(duì)相關(guān)批號(hào)進(jìn)行批量處理。

2.4 數(shù)據(jù)插值對(duì)準(zhǔn)模塊

數(shù)據(jù)插值對(duì)準(zhǔn)操作是進(jìn)行誤差分析的基礎(chǔ)［3］。挑批剃點(diǎn)后需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性插值處理，將真值數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)。

測(cè)量點(diǎn)真值＝真值數(shù)據(jù)＋瞬時(shí)平均速度×（測(cè)量點(diǎn)時(shí)間－真值時(shí)間）

瞬時(shí)平均速度由挑點(diǎn)后真值前后兩點(diǎn)計(jì)算得到。

2.5 數(shù)據(jù)輔助分析模塊

提供數(shù)據(jù)可視化的對(duì)比分析工具。將各來源數(shù)據(jù)誤差曲線按時(shí)間關(guān)系進(jìn)行同步繪制，使用戶在把握整體態(tài)勢(shì)的同時(shí)分析誤差產(chǎn)生原因及各誤差關(guān)系［4］，以便更好地分析和解決問題。同時(shí)提供時(shí)間轉(zhuǎn)換、誤差統(tǒng)計(jì)、選區(qū)放縮、顯示控制等輔助分析工具，以提高數(shù)據(jù)分析的易用性。

2.6 歷史數(shù)據(jù)、態(tài)勢(shì)回放模塊

根據(jù)數(shù)據(jù)分析的需要，從歷史數(shù)據(jù)中提取選定時(shí)段的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行過濾、轉(zhuǎn)換、同步等處理后以目標(biāo)航跡的形式繪制出來，實(shí)現(xiàn)歷史態(tài)勢(shì)、目標(biāo)表頁(yè)的重演［5］。通過數(shù)據(jù)反復(fù)回放，可實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)時(shí)段、區(qū)域歷史態(tài)勢(shì)的對(duì)比分析，以利于對(duì)難以復(fù)現(xiàn)問題的準(zhǔn)確定位和有效解決。

3 系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理流程

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用基于數(shù)據(jù)庫(kù)的C∕S體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)完備高效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理和綜合集成的數(shù)據(jù)處理分析。將現(xiàn)有數(shù)據(jù)分類導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行集中存儲(chǔ)及管理。利用通用管理功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能檢索、分類瀏覽等基本操作［6］。在此基礎(chǔ)上開發(fā)完備的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出、轉(zhuǎn)換、挑批、剃點(diǎn)、插值、壓縮、合并等專用操作功能，滿足數(shù)據(jù)處理分析的實(shí)際需求。

系統(tǒng)由數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、輔助分析三個(gè)分系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)負(fù)責(zé)原始數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、結(jié)果數(shù)據(jù)的導(dǎo)出、數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理、數(shù)據(jù)庫(kù)的增刪查改等基礎(chǔ)操作；數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)負(fù)責(zé)異常數(shù)據(jù)的檢索和過濾、原始數(shù)據(jù)挑批、數(shù)據(jù)插值、誤差計(jì)算等處理操作［7］；輔助分析分系統(tǒng)負(fù)責(zé)生成數(shù)據(jù)圖表，輔助進(jìn)行誤差曲線分析、歷史態(tài)勢(shì)回放分析等。

系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及功能分類如圖1所示。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是將數(shù)據(jù)處理過程中的原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、分析結(jié)果等數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。各個(gè)來源數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)，形成類型為Sydb的單一數(shù)據(jù)文件，目標(biāo)數(shù)據(jù)、真值等數(shù)據(jù)以關(guān)系數(shù)據(jù)表的形式存儲(chǔ)在Sydb類型文件中［8］。清晰的文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，可以提供方便的數(shù)據(jù)處理和檢索。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

3.3 數(shù)據(jù)處理流程

3.3.1 數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)流程

由測(cè)量設(shè)備和定位設(shè)備分別提供目標(biāo)的被試系統(tǒng)的大地坐標(biāo)，錄取設(shè)備提供空中或海面目標(biāo)的瞬時(shí)目標(biāo)參數(shù)測(cè)量值，在統(tǒng)一時(shí)統(tǒng)下，把目標(biāo)的大地坐標(biāo)換算為目標(biāo)相對(duì)被試艦艇的位置參數(shù)真值［9］，再和錄取設(shè)備所錄取的目標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到被試系統(tǒng)的精度。

圖2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理流程

3.3.2 數(shù)據(jù)處理的信息流程

通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化、挑批、插值、誤差計(jì)算、誤差分析、態(tài)勢(shì)回放分析等操作生成試驗(yàn)結(jié)果，通過導(dǎo)出模塊將數(shù)據(jù)圖表態(tài)勢(shì)導(dǎo)出用于后續(xù)分析處理［10］。信息流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理信息流程

4 數(shù)據(jù)處理理論模型

4.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

目標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)為大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即目標(biāo)的經(jīng)度、緯度和高度。而初試系統(tǒng)輸出的目標(biāo)數(shù)據(jù)為目標(biāo)相對(duì)被試艦艇的方位、距離和仰角數(shù)據(jù)。所以需要以被試系統(tǒng)錄取的目標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)的時(shí)間先后為序，將目標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)和錄取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系，分別計(jì)算一次差。通常將目標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到以全艦回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下作為真值，錄取數(shù)據(jù)也統(tǒng)一到以全艦回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下作為觀測(cè)值，這樣就可以將目標(biāo)數(shù)據(jù)觀測(cè)值和測(cè)量設(shè)備的目標(biāo)參數(shù)真值進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)。

4.2 數(shù)據(jù)插值

在飛行測(cè)試中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡是時(shí)間的函數(shù)，但不知道其具體形式，只是通過觀測(cè)和計(jì)算，得到ti時(shí)刻的目標(biāo)空間坐標(biāo)xi、yi、zi，從這些數(shù)據(jù)中不能直接得到其它時(shí)刻和目標(biāo)坐標(biāo)，更不能直接得到任意時(shí)刻的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度和其它運(yùn)動(dòng)參數(shù)。為了方便使用，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理。從實(shí)際情況出發(fā)，一般采用線性插值。不僅處理簡(jiǎn)單，而且因?yàn)槟繕?biāo)飛行軌跡是非常光滑的連續(xù)曲線，在理論上逼近連續(xù)函數(shù)的理論結(jié)果，并可達(dá)到所要求的精度［11］。

已知列表函數(shù) f(x)在 x0，x1處的函數(shù)值為y0，y1，求一個(gè)多項(xiàng)式 y=P(x)，使得 P(x0)=y0，P(x1)=y1。其幾何意義是確定通過兩點(diǎn)(x0，y0)和(x1，y1)的一條直線。

L1(x)是x的一次函數(shù)，故這種插值叫做線性插值。在區(qū)間[x0，x1]內(nèi)任一點(diǎn) x處的函數(shù)值f(x)，可用L1(x)近似求取。當(dāng)|x0-x1|很小時(shí)，可以使用線性插值。

4.3 異常值處理

在測(cè)試過程中狀態(tài)的突然變化或人為的過失都可能產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)，稱其為異常值。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，對(duì)于異常值剔除還是保留，會(huì)直接影響統(tǒng)計(jì)結(jié)果，應(yīng)當(dāng)慎重處理。如果能夠想找出可疑值產(chǎn)生的原因，就可以按其產(chǎn)生的原因判為正常值或異常值，從而決定取舍。當(dāng)有明確的理由可以解釋樣本中的某些異常數(shù)據(jù)時(shí)，如環(huán)境條件的突然變化，操作人員的失誤等，應(yīng)把這些異常數(shù)據(jù)剔除。

4.4 精度計(jì)算

經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，把測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成和被試品測(cè)量數(shù)據(jù)同一坐標(biāo)系，就可與被試系統(tǒng)錄取的目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)了［12］。下面以一個(gè)航次精度（以距離為例）進(jìn)行分析。設(shè)目標(biāo)相對(duì)于被試艦的某一瞬時(shí)真值距離為R真(i)，同時(shí)我們也可得到目標(biāo)指示時(shí)的此刻目標(biāo)與被試品距離R(i)，其一次差ΔR(i)為

系統(tǒng)誤差μ為

隨機(jī)誤差σ為

均方值m為

其中N為一個(gè)航次的采樣點(diǎn)數(shù)，i為某一瞬時(shí)的等間隔測(cè)量值序號(hào)。

為了觀察數(shù)據(jù)的平穩(wěn)度，描繪出一次差曲線，以等間隔時(shí)間為X軸，△R（i）為Y軸，在同一坐標(biāo)系中，根據(jù)不同的比例關(guān)系，同時(shí)繪出幾個(gè)參數(shù)的一次差曲線。

5 系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試

利用某型水面艦艇對(duì)空精度測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行精度處理，繪制出一次差曲線，驗(yàn)證了本系統(tǒng)的實(shí)用性。

圖5 一次差曲線

6 結(jié)語

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到水面艦艇數(shù)據(jù)處理中高效率、高可靠性等需求，采用了數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析，保證了系統(tǒng)的高效率、高可靠性。依據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)理論、精度分析方法等模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理模塊開發(fā)，保證數(shù)據(jù)處理結(jié)論的準(zhǔn)確可信，并對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理分析方法及流程的分析，提供了數(shù)據(jù)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理手段和可視化輔助分析手段，形成完備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析解決方案。