仲 超，王 茜，楊 雷，楊立安，張 冬

(1.空軍勤務學院，江蘇 徐州 221000； 2.解放軍駐中國空空導彈研究院軍事代表室，河南 洛陽 471000；3.解放軍94906部隊，江蘇 蘇州215000)

0 引 言

數(shù)據(jù)分析與處理[1]是數(shù)據(jù)測試的重要環(huán)節(jié)，對數(shù)據(jù)進行分析與處理能確保數(shù)據(jù)的無差異性和非偶然性。一般數(shù)據(jù)的分析與處理包括標度變換、數(shù)字濾波、剔除奇異項、剔除趨勢項和平滑處理。在部隊，導彈測試數(shù)據(jù)的分析與處理在導彈測試中占據(jù)重要地位，其分析與處理主要包括量綱消除、剔除奇異項和剔除差異項，分析與處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)D9接口輸入計算機，進行下一步處理。

國內(nèi)外研究學者針對數(shù)據(jù)分析與處理這一課題有較深入的研究，F(xiàn)ayyad U在其著作《Advances in Knowledge Discovery and Data Mining》中講明數(shù)據(jù)變換的聚集過程，提出幾種聚集方法。G.J.Williams在其著作《Modeling the KDD Process》中指出數(shù)據(jù)分析與處理是知識發(fā)現(xiàn)(KDD)的重要組成，并詳細闡述了數(shù)據(jù)清洗問題。我國專家劉乃琦在其著作《IBM-PC混合語言編程技術(shù)》中根據(jù)數(shù)據(jù)分析與處理過程提出幾個編程方法并給出實例。本文依據(jù)國內(nèi)外研究成果，針對某型導彈的測試流程，設計分析與處理模塊，完成其測試數(shù)據(jù)的分析與處理工作。

1 總體設計

導彈數(shù)據(jù)的測試存在偶然性，一般測試時，某些參數(shù)會多次測量。參數(shù)包括電壓、電流、時間和頻率等復雜類別，每個參數(shù)對應的一組測量值也可能存在奇異項和趨勢項[2]。

針對這些情況，需先對參數(shù)進行無量綱化，然后剔除參數(shù)中的奇異項和趨勢項，最終取剔除后每組數(shù)據(jù)的平均值作為對應參數(shù)的實測值。

本文使用Multisim14設計分析與處理模塊電路，使用Matlab調(diào)試分析與處理程序，調(diào)試合格后可經(jīng)emlc命令轉(zhuǎn)化為C語言后燒入單片機，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析與處理，本文主要根據(jù)原理分析和設計電路，對分析與處理效果進行仿真。

2 硬件設計及原理分析

2.1 電路設計

從導彈傳入的信號一般在10-3數(shù)量級，單片機無法識別，因此需要對信號放大，信號放大電路如圖1所示。

圖1 信號放大電路

圖中V1和V2是差動放大器[3]同相輸入端，V3是差動跟隨器輸出端，其增益近似為1。差動放大器放大倍數(shù)為：

(1)

差動放大器使用3288 RT，此型號放大器漂移小、輸入阻抗高、共模抑制比高，適合微小信號輸出時使用，還可用做電壓比較器，功能較為強大。

模擬信號輸入后需經(jīng)模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，然后輸入單片機中，A/D轉(zhuǎn)換器外部連接電路如圖2所示。

圖2 A/D轉(zhuǎn)換器外部連接電路

IN為數(shù)據(jù)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器D0～D7引腳經(jīng)總線輸入至單片機中，外接的3個與門與內(nèi)置轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，ADDA、ADDB和ADDC是模數(shù)轉(zhuǎn)換區(qū)引腳，一般接地。

2.2 原理分析

采集參數(shù)主要為電壓和電流信號，電壓和電流數(shù)據(jù)需要進行量綱變換，將有量綱量轉(zhuǎn)化為無量綱量，這里采用Z標準化[4]的方法，量綱消除公式為：

(2)

(3)

誤差限W根據(jù)采集系統(tǒng)特征確定。檢測出奇異項后，用預測值代替，若有連續(xù)2個或以上奇異點出現(xiàn)，則先判斷是否滿足下式：

(4)

經(jīng)驗證明，K值一般取5，若滿足式(3)，則不剔除，若滿足下式：

(5)

ωn=1+0.4ln(n)

(6)

如果測量值與平均值之差絕對值大于標準偏差與肖維勒系數(shù)[5]之積，則該測量值被剔除，即：

(7)

(8)

誤差平方和E(b)的表達式為：

(9)

因為bm(1≤m≤M)總為正數(shù)，所以E(b)對bl求偏導，使其為零，即：

(10)

式(10)可產(chǎn)生M+1個如下方程：

(11)

根據(jù)N個待處理的xk，可得到(M+1)個bm值，式(9)實際是(M+1)元線性方程組。根據(jù)經(jīng)驗，一般M的值在3以內(nèi)，當M=1時，由式(9)可得以下聯(lián)立方程組：

(12)

再聯(lián)合下式：

(13)

最終解式(9)可得：

(14)

3 過程仿真

由于導彈某些參數(shù)測試時需進行多次測量，因此某些參數(shù)對應的初始值并不是1個單值，而是1組數(shù)。這組數(shù)若存在奇異項和趨勢項，則需剔除并替換。

3.1 奇異項處理

以該型導彈引信起爆需要的多個多普勒脈沖為例，采樣值為1.503 4、1.506 2、1.503 4、1.502 4、1.498 5、2.500 0、1.500 7、1.506 7、1.499 3、1.496 9。其中2.500 0為奇異項，此項數(shù)據(jù)保存在“參數(shù)n.dat”文件中。程序調(diào)試可得如圖3所示結(jié)果。

圖3 奇異項剔除結(jié)果

圖3中2.500 0項已被剔除，由于采樣數(shù)據(jù)較多，奇異項較少，數(shù)據(jù)不替換不會對最終結(jié)果造成影響，因此這里不進行數(shù)據(jù)替換。

3.2 趨勢項處理

以該型導彈陀螺轉(zhuǎn)子不通電轉(zhuǎn)速下降值為例，在1 000 ms的時間內(nèi)對轉(zhuǎn)子的頻率進行測量，對測量值進行曲線繪制，并描述其中趨勢項和總曲線，然后對趨勢項進行剔除，剔除結(jié)果如圖4所示。

圖4 趨勢項剔除結(jié)果

這里為方便觀測，轉(zhuǎn)子頻率設為不變，表現(xiàn)為如圖4所示的正弦波。趨勢項設為時刻變化的連續(xù)值，表現(xiàn)為如圖4的曲線。對兩者的混合信號進行處理，剔除趨勢項。

4 結(jié)束語

本文通過對某型導彈測試流程的分析，依據(jù)現(xiàn)階段研究情況，參考部分文獻，設計具備分析與處理功能的模塊，以滿足我軍在該型導彈測試上的需要?，F(xiàn)階段我軍測試技術(shù)還有不足之處，未來在數(shù)據(jù)分析與處理領域會融入更多如大數(shù)據(jù)處理技術(shù)等高新技術(shù)。