鄭 丹

(中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心 技術(shù)部，蘭州 732750)

0 引言

隨著國內(nèi)商業(yè)航天的快速發(fā)展，各種新型飛行器(商業(yè)火箭、重復(fù)使用運載器)逐漸進入發(fā)射場開展驗證性飛行試驗。這些試驗具有技術(shù)狀態(tài)新、試驗風(fēng)險高、飛行次數(shù)少等特點。飛行試驗出現(xiàn)故障后，需要在發(fā)射場根據(jù)遙測數(shù)據(jù)開展故障分析工作。

由于新型飛行試驗的規(guī)劃次數(shù)較少(通常1到2次)，研制單位通常不開發(fā)相應(yīng)的遙測參數(shù)可視化軟件，飛行試驗出現(xiàn)故障后，使用MATLAB、Origin等商業(yè)軟件分析遙測數(shù)據(jù)，由于需要逐個繪制遙測參數(shù)，故障分析工作的效率較低。

遙測參數(shù)的可視化程度對故障分析工作的效率具有重要影響[1-2]，隨著計算機可視化技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外開展了大量遙測參數(shù)可視化的研究工作，不僅實現(xiàn)了飛行器彈道和姿態(tài)的三維實時演示功能[3-6]，還實現(xiàn)了關(guān)鍵遙測參數(shù)的三維矢量顯示方法[7-9]，能夠直觀地輔助試驗指揮人員判斷飛行狀態(tài)。這些軟件通常針對重大或者成熟的型號開發(fā)，具有功能強大、開發(fā)周期長、型號專用等特點。如果發(fā)射場針對每種新型飛行器都開發(fā)相應(yīng)的遙測數(shù)據(jù)可視化軟件，則需要耗費大量時間和經(jīng)費，也沒有必要：一是由于這些新型飛行試驗規(guī)劃次數(shù)少，一般僅進行1次至2次；二是隨著發(fā)射場試驗任務(wù)逐年增多，分配到每個任務(wù)的時間和人力有限；三是新型飛行試驗缺少歷史數(shù)據(jù)，各種基于歷史數(shù)據(jù)的智能故障分析方法[10-13]無法應(yīng)用。因此，有必要開發(fā)一款型號通用、準(zhǔn)備工作少的遙測參數(shù)可視化分析軟件，提高發(fā)射場對新型飛行試驗的故障分析效率。

以往的遙測數(shù)據(jù)分析軟件通常使用服務(wù)器-客戶端模式，部署于固定場所的特定設(shè)備，限制了故障分析的人數(shù)和工作地點。隨著計算機硬件技術(shù)的提高，飛行器的三維動態(tài)繪制可以在筆記本電腦中完成，因此開發(fā)基于筆記本電腦的通用故障分析平臺，可以隨時隨地開展故障分析工作，提高故障分析工作的靈活性。

本文針對故障分析工作的通用性和便捷性需求，使用VC++6.0，應(yīng)用敏捷軟件開發(fā)技術(shù)，開發(fā)了遙測參數(shù)可視化軟件。文中詳細(xì)介紹了軟件的需求分析、總體設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)、使用方法和應(yīng)用情況。

1 需求分析

1.1 遙測參數(shù)的動態(tài)繪制功能

在故障分析時，通常需要重點分析故障時段的遙測值，一般的遙測參數(shù)可視化平臺通常繪制全部飛行時段的遙測曲線，故障分析人員需要逐個定位每個遙測參數(shù)的故障時刻，然后才能對比分析，降低了故障分析工作的效率。因此，平臺需要根據(jù)飛行時間逐步繪制遙測曲線的功能，以及把遙測參數(shù)直接繪制到指定時刻的功能。

1.2 飛行器彈道姿態(tài)的三維動態(tài)演示功能

飛行過程的三維動態(tài)演示能夠直觀顯示飛行器的彈道和姿態(tài)，有利于故障分析工作。具體功能包括：

1.2.1 讀取和繪制飛行器三維模型文件

由于飛行器三維模型文件由不同的研制單位提供，通常格式不同，為滿足平臺的通用性，平臺需要讀取和繪制多種格式的三維模型文件的功能[15-17]。典型格式包括igs格式、3ds格式、stl格式、stp格式等。

1.2.2 三維視景的旋轉(zhuǎn)、縮放和平移功能

具有三維視景的旋轉(zhuǎn)、縮放和平移等功能，且具有相應(yīng)的快捷鍵。

1.2.3 飛行器模型的在線放大縮小功能

平臺不僅可以在動態(tài)演示前設(shè)置飛行器的大小，還可以在動態(tài)飛行演示過程時，在保持背景不變的情況下，通過快捷鍵在線放大和縮小飛行器仿真模型，便于實時查看飛行器的姿態(tài)和彈道。

1.2.4 動態(tài)演示時間控制功能

飛行器彈道姿態(tài)的三維動態(tài)繪制具有“重放”、“前進”、“快進”、“步前”、“暫?！薄ⅰ安酵恕?、“快退”、“后退”、“終點”、“GoTo(指定飛行時刻)”等時間控制功能，并且具有動態(tài)演示時間步長和速度的設(shè)置功能。能夠通過反復(fù)播放故障時段，有利于故障分析工作。

1.2.5 彈道姿態(tài)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換功能

平臺在發(fā)射坐標(biāo)系下繪制飛行器的彈道和姿態(tài)。而遙測數(shù)據(jù)中通常包含GNSS位置和速度信息，因此，平臺需要把GNSS位置和速度轉(zhuǎn)換到發(fā)射坐標(biāo)系下的功能，以及姿態(tài)角的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換功能[14]。為了在平面地圖上繪制彈下點軌跡，平臺同時需要計算飛行器彈下點經(jīng)緯度的功能。

1.2.6 圖片和視頻保存功能

為便于故障交流和匯報，平臺能夠把動態(tài)演示過程保存為視頻(AVI格式或者GIF格式)，或者圖片(bmp格式)。

1.3 彈道姿態(tài)與關(guān)鍵遙測參數(shù)的聯(lián)合動態(tài)演示功能

一般的遙測參數(shù)可視化平臺中，飛行過程三維演示和遙測曲線繪制通常在不同的顯示頁面內(nèi)，在故障分析時，需要不斷切換頁面，為便于故障分析工作，平臺需要在同一頁面內(nèi)動態(tài)演示飛行過程和動態(tài)繪制關(guān)鍵遙測曲線。通過平臺的動態(tài)演示時間控制功能(前進、后退、暫停、單步、指定時刻等)同時控制飛行器彈道姿態(tài)的三維動態(tài)演示和關(guān)鍵遙測曲線繪制，實現(xiàn)自動定位到指定時刻的彈道姿態(tài)和遙測數(shù)據(jù)的功能，無需人工定位，提高故障分析工作的效率。

1.4 動態(tài)演示界面的自動設(shè)置功能

為了實現(xiàn)平臺的通用性，平臺的全部界面與飛行器型號無關(guān)。但是，不同的飛行器需要動態(tài)演示的關(guān)鍵遙測參數(shù)并不相同。因此，平臺采用定制文件的方式實現(xiàn)不同型號的差異性。只需把動態(tài)繪制的關(guān)鍵遙測參數(shù)信息輸入到平臺的定制文件中，平臺在啟動時自動讀入定制文件，然后自動設(shè)置動態(tài)演示界面。

1.5 動態(tài)繪制遙測參數(shù)的實時添加和保存功能

一次飛行試驗的遙測參數(shù)通常具有數(shù)百個，其中一些關(guān)鍵的遙測參數(shù)(姿態(tài)參數(shù)、發(fā)動機參數(shù)、電池電壓、氣瓶貯箱壓力等)能夠直接反應(yīng)飛行試驗故障的原因。在平臺初始運行時，沒有必要對全部遙測參數(shù)實現(xiàn)動態(tài)繪制功能，僅對關(guān)鍵遙測參數(shù)實現(xiàn)動態(tài)繪制功能即可，剩余的遙測參數(shù)，可以在平臺運行時，根據(jù)故障分析的需求由故障分析人員實時添加。既可以在當(dāng)前視圖內(nèi)添加，以方便與視圖中現(xiàn)有的遙測參數(shù)進行對比，也可以添加新的視圖，然后在新視圖中添加遙測參數(shù)，也可以添加新的動態(tài)演示界面，然后在新界面的任意視圖中添加遙測參數(shù)。并且在平臺關(guān)閉時，可以保存遙測參數(shù)的添加結(jié)果到定制文件中，以便平臺下次啟動時，自動按新設(shè)置顯示界面。

1.6 實時添加遙測參數(shù)的多步后退和前進功能

一般的數(shù)據(jù)分析顯示軟件，在添加遙測參數(shù)后，刪除遙測參數(shù)并不方便，有的甚至需要修改程序。在故障分析時，可能需要在遙測曲線視圖中，隨時添加或者刪除遙測參數(shù)，并能快速地來回切換。因此，平臺需要在視圖中添加或者刪除遙測參數(shù)的多步后退和前進功能，提高故障分析工作的效率。并且，通過快捷鍵“Ctrl+Z”后退到上一步顯示結(jié)果，通過“Ctrl+Y”前進到下一步顯示結(jié)果。

1.7 定制文件的極小化功能

動態(tài)演示飛行器彈道和姿態(tài)需要飛行器的位置、速度、姿態(tài)角遙測參數(shù)信息。因此，平臺的定制文件包含9個遙測參數(shù)(位置、速度、姿態(tài)角各3個)即可保證平臺初始運行，其余的遙測參數(shù)，可以在平臺運行時由故障分析人員按需添加。該功能可以顯著減少平臺的準(zhǔn)備工作：在新型號任務(wù)準(zhǔn)備過程中，平臺的定制文件僅包含9個遙測參數(shù)即可。

1.8 平臺定制文件的自動生成功能

平臺的定制文件采用Excel工作簿，給出了動態(tài)繪制關(guān)鍵遙測參數(shù)的全部信息。定制文件不僅可以通過Excel編輯器直接輸入，也可以利用平臺的動態(tài)演示遙測參數(shù)的實時添加和保存功能自動生成，提高了定制文件的準(zhǔn)備效率。

1.9 全部遙測參數(shù)的快速分析顯示功能

在故障分析時，需要隨時能夠查看和分析全部遙測參數(shù)，因此，平臺需要提供全部遙測參數(shù)的快速分析顯示功能，以對話框的形式，可以隨時打開或者關(guān)閉。

具體功能包括：

1)遙測參數(shù)的快速讀取和繪制功能。

基于筆記本電腦的有限性能，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量遙測參數(shù)的快速讀取和繪制。

2)多列遙測值的文件預(yù)處理功能。

平臺讀入和繪制遙測文件的格式默認(rèn)為2列數(shù)據(jù)的txt文件，其中第1列為采樣時間，第2列為遙測值。但是在遙測數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，有時提供的遙測文件具有多列遙測值。因此，平臺需要把多列遙測值的txt文件，自動拆分成多個具有1列遙測值的文件的功能。

3)十六進制遙測值的文件預(yù)處理功能。

在飛行試驗中，有時為了節(jié)省遙測通道，將多個狀態(tài)量為0或者1的遙測值合并為1個十六進制遙測值。因此，平臺需要把具有十六進制遙測值文件，自動拆分成多個取值為0或者1的遙測文件的功能。

4)圖像保存功能。

圖2 面向故障分析的遙測參數(shù)可視化平臺的活動圖

能夠把顯示結(jié)果保存為bmp圖片，或者自動保存到word文件中。

1.10 關(guān)鍵時刻的自動標(biāo)識功能

飛行器的飛行過程通常分為若干關(guān)鍵階段，為方便故障分析人員掌握飛行情況，平臺需要在遙測曲線上自動標(biāo)注關(guān)鍵時段。由于不同飛行器的關(guān)鍵階段劃分并不相同，為了保證平臺的通用性，關(guān)鍵時刻及其標(biāo)識字母，以txt文件的形式，由平臺在啟動時自動讀入，并在繪制遙測曲線時自動標(biāo)注。

1.11 圖像放大的多步后退和前進功能

商業(yè)數(shù)據(jù)分析軟件通常具有圖像放大功能。例如Matlab軟件，通過快捷鍵“Ctrl+Z”和“Ctrl+Y”，實現(xiàn)了圖像放大的多步后退和前進功能。在遙測數(shù)據(jù)分析時，圖像放大的多步后退和前進功能是必要的基礎(chǔ)功能。

1.12 極值點和階躍點的自動標(biāo)識功能

遙測參數(shù)分析時，往往需要計算極值點和階躍點，因此，平臺需要自動計算當(dāng)前顯示區(qū)域內(nèi)的極值點和階躍點的功能，并且在圖像縮放時，自動更新計算結(jié)果。

2 平臺的總體設(shè)計

2.1 功能設(shè)計

平臺具有兩個主要功能：

1)飛行器彈道姿態(tài)與關(guān)鍵遙測參數(shù)的動態(tài)聯(lián)合演示功能；

2)全部遙測參數(shù)的快速分析顯示功能。

平臺的用例圖如圖1所示。平臺的用戶分為故障分析人員和平臺維護人員。故障分析人員使用全部功能；平臺維護人員僅需使用動態(tài)聯(lián)合演示功能，利用遙測參數(shù)的實時添加功能完成定制文件的自動生成，或者直接在Excel編輯器中編輯定制文件。

圖1 面向故障分析的遙測參數(shù)可視化平臺的用例圖

平臺的UML活動圖(unified modeling language)如圖2所示。

圖3 平臺的動態(tài)演示界面(“電壓”頁面)

2.2 界面設(shè)計

2.2.1 彈道姿態(tài)與關(guān)鍵遙測參數(shù)的聯(lián)合動態(tài)演示界面

平臺的動態(tài)演示界面由多個頁面組成，每個頁面由菜單、工具欄、3個飛行彈道視圖和10個遙測曲線視圖組成，如圖3所示。

圖3的上方以3種方式顯示飛行器的彈道姿態(tài)：

1)飛行器在發(fā)射坐標(biāo)系下的位置和速度曲線；

2)飛行器的三維彈道和姿態(tài)；

3)平面地圖上的彈下點軌跡。

圖3下方的10個視圖能夠按照飛行時間動態(tài)繪制遙測參數(shù)。每個視圖具有左坐標(biāo)系和右坐標(biāo)系，每個坐標(biāo)系至多能夠繪制10個遙測參數(shù)。

圖3的任意視圖都可以雙擊后全屏放大，如圖5所示。

平臺的多個頁面通過工具欄上的按鈕(“主頁面”、“姿控”、“氣壓”、“電壓”、“電流”等)進行切換。頁面切換時，圖3上方的3個視圖保持不變，下方的10個遙測曲線視圖進行切換。點擊“+”按鈕，可以多次隨時增加新的空白頁面，空白頁面具有10個空白的遙測曲線視圖，如圖6所示，可以用來添加新的動態(tài)繪制遙測參數(shù)。

通過工具欄按鈕(“重放”、“前進”、“快進”、“步前”、“暫停”、“步退”、“快退”、“后退”、“終點”、“GoTo”)，實現(xiàn)動態(tài)演示過程的控制。通過工具欄的“定時器”按鈕，可以設(shè)置動態(tài)演示的時間步長和速度。

2.2.2 全部遙測數(shù)據(jù)的快速分析顯示界面

全部遙測數(shù)據(jù)的分析顯示功界面采用對話框，如圖4所示。在圖4的“關(guān)鍵時序遙測參數(shù)值”區(qū)域，平臺自動插值計算關(guān)鍵時刻(級間分離、發(fā)動機點火、關(guān)機等時刻)的遙測值，并在右側(cè)繪制的遙測曲線上自動標(biāo)識關(guān)鍵時刻?？梢酝ㄟ^對話框的“保存關(guān)鍵時刻參數(shù)值”按鈕，把計算結(jié)果保存到txt文件中。

圖4 全部遙測參數(shù)的快速分析顯示界面

圖5 遙測曲線視圖的全屏顯示

圖6 平臺自動添加的空白頁面

平臺自動計算當(dāng)前顯示區(qū)域內(nèi)的全部遙測參數(shù)的極大值、極小值和階躍值，并在繪制的遙測曲線上用“正方形”標(biāo)識極大值，“圓圈”標(biāo)識極小值，“三角形”標(biāo)識階躍值，如圖4所示，當(dāng)遙測參數(shù)沒有階躍點時，忽略階躍點的顯示結(jié)果。

在圖4中可以設(shè)置野值剔除的閾值，平臺在讀入遙測參數(shù)時自動剔除絕對值大于閾值的數(shù)據(jù)。

為了便于顯示遙測參數(shù)，圖4給出了“乘以系數(shù)”編輯框，平臺在繪制遙測參數(shù)時自動把遙測值乘以該系數(shù)。例如，如果需要把遙測參數(shù)從原始單位m轉(zhuǎn)換為km，則需把遙測值乘以0.001，此時在“乘以系數(shù)”編輯框內(nèi)填寫“0.001”，或者直接點擊對話框的“0.001”按鈕；如果需要把遙測值從單位rad轉(zhuǎn)換為o，此時在“乘以系數(shù)”對話框內(nèi)填寫為“180/π”，或者直接點擊“RToD”按鈕。

當(dāng)同時繪制多個遙測參數(shù)時，若其數(shù)值區(qū)域互相重疊，則會產(chǎn)生判讀干擾，因此圖4提供了“加上系數(shù)”編輯框，能夠在繪制遙測曲線時自動把遙測值加上相應(yīng)的數(shù)值。例如，當(dāng)視圖內(nèi)同時繪制3個遙測參數(shù)時，若它們的數(shù)值范圍都為-1～1，則3條遙測曲線會出現(xiàn)重疊，為去掉干擾，可以把第2個遙測參數(shù)加上常值2，把第3個遙測參數(shù)加上常值4，則可以把3條遙測參數(shù)曲線分開。

3 平臺的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 動態(tài)演示界面的自動設(shè)置技術(shù)

為了減少平臺的準(zhǔn)備工作，平臺根據(jù)定制文件自動設(shè)置動態(tài)演示界面。由于動態(tài)演示界面具有多個頁面，而Excel工作簿具有多個工作表，因此定制文件使用Excel工作簿，如圖7所示。

圖7 平臺的配置文件

平臺的每個頁面對應(yīng)Excel工作薄的一個工作表(Worksheet)，因此頁面按鈕的名稱即為工作表的名稱。每個工作表的信息包括8列：遙測參數(shù)文件名稱、圖題名稱、標(biāo)簽名稱、單位、乘以系數(shù)、加上系數(shù)、新建視圖、左坐標(biāo)軸，如圖7所示。各參數(shù)的作用如下：

1)平臺根據(jù)“遙測參數(shù)文件名稱”讀入遙測參數(shù)文件；

2)平臺根據(jù)“圖題名稱”設(shè)置遙測曲線視圖的名稱；

3)平臺根據(jù)“標(biāo)簽名稱”設(shè)置遙測曲線的標(biāo)簽名稱；

4)平臺根據(jù)“單位”設(shè)置坐標(biāo)軸的單位名稱；

5)平臺根據(jù)“乘以系數(shù)”，把遙測值乘以相應(yīng)的常數(shù)；

6)平臺根據(jù)“加上系數(shù)”，把遙測數(shù)值加上相應(yīng)的數(shù)值；

7)如果“新建視圖”為1，表明該遙測參數(shù)是視圖內(nèi)的第1個遙測參數(shù)，平臺自動新建一個視圖，然后繪制該遙測參數(shù)，如果“新建視圖”為0，平臺將在當(dāng)前視圖中繼續(xù)繪制該遙測參數(shù)。因此從當(dāng)前1開始直到下一個1之前的所有遙測參數(shù)都繪制在同一個視圖內(nèi)，如圖7的虛線框?qū)?yīng)的區(qū)域所示(第7行和第8行)；

8)如果“左坐標(biāo)軸”為1，平臺把遙測參數(shù)繪制在當(dāng)前視圖的左坐標(biāo)系中，如果為0，則繪制在右坐標(biāo)系中。因此該列中從當(dāng)前1開始直到0之前的所有遙測參數(shù)都繪制在左坐標(biāo)系中，如圖7的實線框內(nèi)對應(yīng)的子區(qū)域所示(第7行)。

可以看出，平臺的配置文件不僅給出了遙測參數(shù)的具體信息，還給出了修正公式和繪制位置。

為了提高平臺的運行效率，平臺只在初始運行時讀入配置文件，把信息讀入到界面結(jié)構(gòu)類中；在用戶切換頁面時，平臺根據(jù)界面結(jié)構(gòu)類自動設(shè)置界面；在用戶實時添加遙測參數(shù)時，把添加結(jié)果保存到界面結(jié)構(gòu)類中；在平臺退出時，再把界面結(jié)構(gòu)類保存到Excel工作簿中。

對應(yīng)定制文件的工作簿、工作頁、域、子域，應(yīng)用面向?qū)ο笤O(shè)計思想[18-19]，設(shè)計了界面結(jié)構(gòu)的C++類：動態(tài)演示界面類、頁面類、視圖類、坐標(biāo)系類，并使用MFC中的CMainFrame、CSplitterWnd、CView、CClientDC，實現(xiàn)了平臺的動態(tài)演示界面，對應(yīng)關(guān)系如圖8所示。

圖8 界面結(jié)構(gòu)類的設(shè)計和實現(xiàn)

3.2 遙測參數(shù)的實時添加功能

為了減少平臺的準(zhǔn)備工作，配置文件至少填寫1個工作表，且至少填寫9個遙測參數(shù)(包括位置、速度、姿態(tài)角各3個遙測參數(shù))，以保證飛行器三維彈道姿態(tài)的繪制。其余的遙測參數(shù)，都可以在平臺使用時逐漸添加。共有3種添加方式：

1)在當(dāng)前視圖中，添加新的遙測參數(shù)；

2)在空白視圖中，添加新的遙測參數(shù)；

3)添加新的頁面，然后在任意空白視圖中，添加遙測參數(shù)。

添加方法為：在需要添加遙測參數(shù)的視圖上，點擊右鍵菜單，得到“添加演示參數(shù)”對話框，如圖9所示。

圖9 添加動態(tài)演示參數(shù)的對話框

在圖9的文件列表框中選擇需要添加的遙測參數(shù)，然后設(shè)置“圖題名稱”、“標(biāo)簽名稱”、“單位”、“加上常數(shù)”、“乘以系數(shù)”、“左坐標(biāo)軸”等信息，最后點擊“添加到動態(tài)演示界面”按鈕?？梢酝瑫r添加多個遙測參數(shù)。

如果當(dāng)前頁面的視圖已滿，則可以通過點擊工具欄上的“+”按鈕，隨時添加新的空白顯示頁面，如圖6所示。然后在任意空白視圖中添加遙測參數(shù)，如圖10所示。

圖10 平臺自動添加的空白頁面(添加遙測參數(shù)后)

3.3 坐標(biāo)軸的自動計算方法

為減少平臺的準(zhǔn)備工作，坐標(biāo)軸上的數(shù)字和格式都是自動計算的。坐標(biāo)軸的自動計算在商業(yè)繪圖軟件中是內(nèi)置功能，但是用C++語言開發(fā)軟件，則需要實現(xiàn)該算法。坐標(biāo)軸的計算不僅要求正確還需滿足常規(guī)顯示慣例，例如數(shù)值最后的數(shù)字通常使用0、2、5等，坐標(biāo)軸的分段數(shù)通常大于3段且小于10段等。

本文通過循環(huán)算法實現(xiàn)坐標(biāo)軸格式的自動計算，如圖11所示。首先根據(jù)遙測數(shù)值范圍計算坐標(biāo)軸的數(shù)據(jù)范圍，然后計算坐標(biāo)軸的分段數(shù)，再計算坐標(biāo)軸上的數(shù)字，如果上述計算結(jié)果不滿足常規(guī)顯示慣例，則重新修改坐標(biāo)軸的數(shù)據(jù)范圍，再次計算，直到滿足為止。同時，采用自動測試方法，在每個坐標(biāo)軸繪制前，自動測試坐標(biāo)軸上的全部數(shù)字是否正確，即判斷坐標(biāo)軸上的數(shù)值誤差是否小于1‰，如果滿足則正常顯示，否則程序報錯。

圖11 坐標(biāo)軸格式的自動計算過程

3.4 遙測曲線繪制操作的多步前進和后退功能

遙測曲線視圖實現(xiàn)了圖像放大、遙測參數(shù)添加刪除操作的后退或前進50步的功能。應(yīng)用面向?qū)ο笤O(shè)計思想[18-19]，設(shè)計了CFrameData類，包含了坐標(biāo)軸格式信息和遙測參數(shù)代號，如表1所示。

表1 繪制格式的CFrameData類

CFrameData類的坐標(biāo)軸格式信息包含了坐標(biāo)軸上的分段數(shù)、每一段的細(xì)分段數(shù)、坐標(biāo)軸的最大值、最小值等信息，具體成員變量的含義見圖12。平臺在繪制遙測參數(shù)時，首先計算坐標(biāo)軸信息，然后把計算結(jié)果保存到CFrameData類中，最后根據(jù)CFrameData類的坐標(biāo)軸格式信息繪制坐標(biāo)軸。

圖12 CFrameData類的成員變量示意圖

CFrameData類的遙測參數(shù)代號信息包含了當(dāng)前視圖中的全部遙測參數(shù)的代號，存儲在最后1個成員變量m_enumFlyParam[10]數(shù)組中。

平臺通過1個雙向循環(huán)鏈表結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了繪制操作的多步前進和后退功能，如圖13所示。該鏈表由50個CFrameData節(jié)點組成，在后退時使用當(dāng)前節(jié)點的上一個CFrameData類的信息直接繪制；在前進時使用下一個CFrameData類的信息直接繪制。CFrameData類占據(jù)內(nèi)存量小，在前進和后退時，直接繪制無需計算，實現(xiàn)了繪制操作的快速前進和后退功能。

圖13 存儲50步的繪制格式的循環(huán)鏈表

3.5 大數(shù)據(jù)量的遙測參數(shù)的快速讀入和顯示技術(shù)

有的遙測參數(shù)的數(shù)據(jù)量較大(上千萬行)，如果使用筆記本電腦直接讀入和繪制全部數(shù)據(jù)，則讀入和顯示速度較慢，為提高速度，平臺采用了逐級挑點讀入和繪制的方法。國內(nèi)外提出了較多有效的挑點方式[20]，平臺根據(jù)遙測數(shù)據(jù)量的大小，把時間軸分成若干等段，然后在每段中挑選絕對值最大的點進行讀入和繪制。當(dāng)圖像縮放時，重新挑點繪制，實現(xiàn)了顯示速度快、細(xì)節(jié)無失真的效果。圖4給出了挑點過程的關(guān)鍵參數(shù)。

3.6 三維地球紋理的分層繪制技術(shù)

為提高顯示速度，地球三維模型的紋理實現(xiàn)了分層繪制技術(shù)。對于衛(wèi)星、軌道轉(zhuǎn)移飛行器等繞飛地球的飛行器，使用了低精度的全球紋理。對于導(dǎo)彈、火箭等飛行器，在彈下點附近的地球紋理使用了高精度的地圖紋理。在平臺初始顯示時，繪制低精度紋理，然后在視圖逐漸放大過程中逐步繪制高精度紋理。

4 平臺的使用方法

4.1 文件準(zhǔn)備

平臺運行需要的文件包括：全部遙測數(shù)據(jù)的文件夾、飛行器三維外形數(shù)據(jù)文件、關(guān)鍵時刻及其標(biāo)識字母的txt文件、動態(tài)演示界面定制文件。在平臺運行前，把相關(guān)文件存放到指定位置。

4.2 平臺的運行

雙擊平臺的可執(zhí)行文件，即可運行平臺。平臺運行后，點擊工具欄的“設(shè)置”按鈕，設(shè)置飛行器發(fā)射坐標(biāo)系的發(fā)射點經(jīng)緯度、高度等信息。然后點擊工具欄的“測試”按鈕，平臺自動讀入4.1節(jié)的全部文件，并進行彈道補充計算。

4.3 飛行器彈道姿態(tài)與關(guān)鍵遙測參數(shù)的動態(tài)聯(lián)合演示

通過工具欄上的動態(tài)演示控制按鈕，進行彈道姿態(tài)與關(guān)鍵遙測參數(shù)的動態(tài)聯(lián)合演示，開展故障分析工作。

4.4 全部遙測數(shù)據(jù)分析

在平臺運行時，可以隨時打開“飛行器遙測數(shù)據(jù)分析顯示界面”對話框，快速分析全部遙測數(shù)據(jù)。

4.5 保存分析結(jié)果

在故障分析過程中，可以隨時通過右鍵菜單項，保存圖片或者視頻。

5 應(yīng)用情況

平臺已應(yīng)用于2種不同型號的重復(fù)使用運載器的飛行試驗。通過動態(tài)演示界面的定制和遙測參數(shù)動態(tài)添加和保存功能，極大減少了平臺的準(zhǔn)備工作，使對新型飛行器的準(zhǔn)備時間縮短到2小時以內(nèi)。

6 結(jié)束語

本文針對發(fā)射場對各種新型飛行器故障分析的需求，設(shè)計了使用簡單、部署方便、型號通用的遙測參數(shù)可視化平臺。不僅可以作為故障分析平臺，也可以作為基于事后數(shù)據(jù)的飛行仿真平臺，或者作為遙測參數(shù)快速分析顯示平臺。

平臺的飛行仿真具有一定的局限性：對于級間分離、舵面偏轉(zhuǎn)、大噴管擺動、小噴管點火等關(guān)鍵動作，因與飛行器型號相關(guān)，受通用性約束而無法仿真，但是可以把本平臺作為基礎(chǔ)框架，開發(fā)飛行器的專屬平臺。同時，平臺對遙測數(shù)據(jù)的分析方法比較簡單，后續(xù)需要持續(xù)補充新的分析方法，不斷提高故障分析工作的效率。