飞行试验遥测数据准实时分析软件的设计与实现

刘语乔，郭世伟，聂 睿

（中国飞行试验研究院 陕西 西安　710089）

飞行试验遥测数据准实时分析软件的设计与实现

刘语乔，郭世伟，聂 睿

（中国飞行试验研究院 陕西 西安710089）

飞行数据的准实时处理对于缩短试飞周期和提高试飞安全保障有着很大的作用。基于现有遥测实时系统架构，针对某型号定型试飞需求开发了飞行试验遥测数据准实时分析软件。该软件可对数据进行回放，准实时计算部分按照科目划分使用动态链接库进行了封装，针对试飞监控特点还开发了门限告警、参数检查和数据文件管理等功能。飞行试验遥测数据准时分析软件必将成为保障飞行安全并辅助指挥决策的有利工具。

飞行试验；准实时；动作段；回放

飞行试验是一项风险性高、代价高、周期长的综合性试验项目。对于风险性科目及一些特殊科目都采取了实时监控保障，但是目前的实时监控系统只能对测试设备的直接测量量进行显示，缺乏对试验数据的进一步分析和计算，这就错失了确认动作有效性及发现潜在飞行危险因素的最佳时机。遥测数据的准实时分析软件通过建立性能、品质、载荷等科目函数计算动态链接库，可快速计算出飞行科目相关的参数指标。通过客户端回放程序及时发现飞行隐患、确认动作有效性并为下一个动作的开展提出有利建议，可进一步确保飞行试验过程中的人机安全，并高效、经济的完成飞行试验从而缩短试飞周期。

1　需求分析

着新机的生命。某些对气象或者环境有特殊要求的科目，准实时分析软件可以及时评估动作有效性、改善试飞动作完成质量从而有效提高架次利用率、缩短试飞周期。

1.2提供试飞安全保障

飞行试验的探索性和真实性决定了它的风险性，国内外试飞史上，各种飞行事故屡见不鲜。地面试飞工程师及飞行指挥员可通过试飞安全监控系统实时掌握飞机各系统状态。准实时处理系统可在客户端对遥测数据进行回放、计算、绘图、记录，可在最短时间内对飞行数据进行分析处理，进而可进行一定的预判和估计从而发现某些影响飞行安全的隐患。

2　系统结构

1.1缩短试飞周期

每个机型从预先研究、设计研发、生产样机、定型试飞、批量生产再到投入部队形成作战力都要经过几年甚至十几年的时间。据统计，其中民机类试飞周期约占整个研制周期的一半，军机约占到55%，对于新研制类飞机，试飞周期的长短有时决定着它的命运。一定程度上可以说，试飞周期决定

准实时处理系统借助当前遥测实时监控系统，运行于实时系统客户端。现阶段实时监控系统使用遥测接收机实时接收机载采集系统输出的PCM流数据，经实时系统服务器处理发送至监控台端。在监控台端，飞行指挥员、试飞工程师可根据预制的监控画面观测飞行的状态信息。在涉及到包线、边界值的科目试飞架次或者几个科目结合的试飞架次中，试飞工程师需要对关键动作段进行反复回看、对直接测量量计算得到性能指标后才能确认动作的有效性及动作完成质量，目前的实时系统只能等到飞行结束后才可进行。准实时分析软件可对飞行数据进行自主回放，通过逐步完备的动态链接库规范了各个科目中性能指标的计算流程，通过参数检查和报警功能可实现对所有遥测参数进行实时观测。

2.1遥测准实时系统结构

图1为飞行试验遥测准实时监控系统结构图，发射端飞机上各种总线数据经过采集器将部分重要参数通过PCM生成器生成PCM信号，PCM信号经过调制后使用飞机上的遥测装置进行发射［1］。地面接收到遥测数据后经光纤传输到前端实时数据处理服务器，前端实时数据处理服务器在对数据进行帧分析后将数据发送至客户端用以驱动画面程序。准实时分析软件运行于客户端，在收到数据后可对数据进行存储、按照科目分类计算、数据回放。

图1　遥测实时监控系统Fig.1　Telemetry real-time monitoring system

2.2准实时分析软件结构

风险科目试飞过程中，关键动作段的完成质量备受关注。现有实时系统只能在飞行结束后才可进行回放检查，极易因动作评估不及时造成动作完成质量不高，架次无效等结果。尤其是在失速、结冰等风险科目中，可能会出现相当严重的后果。如图2所示，准实时计算模块可供指挥员和试飞工程师对飞行性能指标进行快速计算；自主数据回放模块通过读取数据服务器存储数据可进行数据回放，且回放过程与实时过程互不影响；实时检查及告警模块可对所有遥测参数进行显示，使其不受预定监控画面的限制，还可预设各个参数门限值用以在实时过程中进行告警显示；绘图功能可对本机记录参数数据进行绘图。遥测数据准实时分析软件对于及时确认动作有效性、评估动作完成质量提供了技术手段，为下一个动作的执行提供了决断依据。

图2　遥测数据准实时分析软件结构Fig.2　Architecture of quasi-real-time analyze telemetry data software

3　软件设计关键点

3.1实时/回放可同时进行

遥测数据准实时分析软件中的回放模块可对实时过程中的数据按照课题需求进行自主回放，且回放过程与实时过程可同时进行、互不干扰。实时部分使用TCP/IP协议通过客户端从实时数据处理服务器接收数据，回放部分通过读取准实时分析软件记录存储在数据处理服务器上的数据。

通过毫秒级的比较，回放过程可对回放数据起始时间进行预设，可以迅速且精确的定位关键时间段数据。回放部分软件流程图见图3。

图3　回放流程图Fig.3　Flowchart of data replay

回放速度的控制通过 sleep（）函数和Application-＞ProcessMessages（）函数的配合使用，sleep（）函数可以执行使当前线程挂起一段时间，时间单位以毫秒计算，通过挂起时间长短来控制回放速度。Application-＞ProcessMessages（），循环读取文件过程中每当程序运行到这句时，程序就会让系统响应一次消息，从而可以使数据能够伴随着文件读取过程持续显示并更新，这种做法类似于VB中DoEvent的方法。并且开发了相应的暂停、继续等功能方便试飞工程师检查关键时间点数据，回放参数可自主选择。

3.2野点剔出

在飞行监控实时过程中，数据服务器分别记录下每个动作段的数据及整个架次数据。由于传感器本身或者遥测链路中的各种原因，可能使得接收到的遥测数据包含一些错误的量值，称为野值。经分析，接收到的遥测数据中野值大多属于孤立型野值［2］。在客户端读取准实时处理服务器端数据进行计算前，服务器端首先要对所存储数据进行野点剔出。野点剔出过程中为避免野值逆传的情况，未采用中心差分公式而采用了前推式差分方法，这里采用了七点二阶算法。

七点二阶算式如下：

式中，i=7，8，9，…，N，yi为原始试验数据，为差值后数

据［3］。

通常数据中连续跳点的值都比较接近，可用下式剔除连续跳点。当点为野值时，则满足下式的点也是野值：

在试验数据中连续跳点很少超过4点，故取m=2，以避免将阶跃信号当作野值剔除。当满足式（3）超过3个点时，则认为y（k），y（k+1），…，y（m）均为正常。

3.3动态链接库的设计

遥测数据准实时分析软件是针对直升机飞机专业开发的应用于飞行试验实时监控过程中的准实时数据分析软件，主要包括有性能、品质和载荷3个课题，每个课题又由若干科目组成。使用动态链接库对每个科目计算参数过程中所用到的函数封装后就可以避免计算方法不统一、计算过程中误差控制不一致等原因造成的影响。以性能课题航程及续航时间科目中的作战时间计算为例，在该参数计算过程中规范了使用最小二乘法进行曲线拟合［4］。

在按科目对函数进行封装过程中注意归类，将输入参数相同或有前后调用关系的函数归为一类，定义在同一结构体中，减少了子函数数目，使参数计算过程及继承关系更加清晰［5］。例如功率相关参数定义在同一结构体中，则功率函数计算返回值为该结构体，如下：

3.4门限告警

目前指挥员和试飞工程师只能看到预制画面所显示的参数，参数检查和门限告警界面通过列表形式给出了所有遥测参数的实时数值。通过读取配置文件中预设的重要参数的正常值范围，在实时参数值超过预设值时通过表格底色的改变进行告警。

3.5数据文件管理

遥测数据准实时分析软件每次飞行过程中均会产生大量数据文件，数据文件管理模块运行于数据服务器用以管理数据文件。全盘查找数据文件通过深度优先原则与递归算法相结合的方法找出磁盘内所有后缀为DCM或者A6Q的数据文件［6］。开发了批量删除文件功能，用以管理过期数据文件。按日期查找数据文件通过比对文件 FileAge（**）属性和MonthCalendar1-＞Date属性内容定位所查找文件并在表格中定位所有符合条件的文件［7］。

4　结束语

文中通过分析现阶段及未来飞行试验型号任务的需求，以现有遥测数据传输网络为硬件基础，开发了运行于实时系统客户端及数据服务器的软件。通过数据回放、科目参数计算、参数检查、告警及数据管理等功能可及时分析关键动作段数据，评判动作完成质量，可有效提高飞行效率，同时可为任务讲评系统的评判提供有力依据。现阶段，遥测数据准实时分析软件已试运行于某重点型号飞行试验实时监控中，必将为保障飞行安全及缩短试飞周期产生积极的作用。

［1］刘明．新一代试飞测试系统架构及其应用［J］．计算机测量与控制，2014，22（1）：1729-1731.

［2］蒋希帅.雷达目标跟踪滤波算法的研究［D］.大连：大连海事大学，2008.

［3］肖刚.无人机飞行数据采集与模型辨识［D］.西安：西北工业大学，2006.

［4］代冬岩，李智勇，张宏礼．最小二乘曲线拟合及其MATLAB实现［J］．黑龙江科技信息，2009（21）：35-36.

［5］谭浩强．C程序设计［M］．3版.北京：清华大学出版社，2005.

［6］李玮顺．用C语言实现文件的模糊查找［J］．电子科技，1999：46-47．

［7］余明兴，吴明哲．Borland C++Builder 5实例精解［M］．北京：清华大学出版社，2001．

The design and implementation of quasi-real-time analyze telemetry data of flight test software

LIU Yu-qiao，GUO Shi-wei，NIE Rui
（Chinese Flight Test Establishment of AVIC，Xi’an 710089，China）

For shorting the flight test cycle and improving the security of flight test，Quasi-real-time processing plays an important role.Based on the existing real-time telemetry system architecture，developed the quasi-real-time analyze telemetry data of flight test software for a task of certain model.The software can replay data.It packaged Quasi-real-time calculation using dynamic link library according to subjects.It also development the function of threshold alarming，parameter checking and data file management.The quasi-real-time analyze telemetry data of flight test software will become a powerful tool to ensure flight safety and to assist command.

flight test；quasi-real-time；action period；replay

TN98

A

1674－6236（2016）03-0037-03

2015-03-27稿件编号：201503389

刘语乔（1984—），女，陕西临潼人，硕士，工程师。研究方向：数据处理。