基于Web的靶场遥外测数据分析与快速发布系统

岳 佳， 崔永强， 安大伟

(中国太原卫星发射中心技术部 太原 030027)

引 言

当前靶场飞行器发射试验呈现出“短间隔、快流程”的新特点［1］，如何将靶场遥、外测数据处理结果快速转化为有用信息，提高数据利用价值，使其更好地支持靶场决策已然成为一个亟需解决的新课题。传统模式下，靶场遥、外测数据分析主要依靠准实时和事后数据处理［2］，周期较长，这种模式已不能满足新形势的需要，特别是飞行异常情况下的数据支撑和故障分析定位的需求。因此，有必要建立一个遥、外测数据分析与快速发布系统，使其依托网络平台，借助多种数据分析手段，在对遥、外测数据快速处理的基础上，将数据快速、准确地发布给决策者和型号部门，为发射试验全信息的现场分析和判读提供依据，为异常辨识、故障快速精确定位提供多角度数据支持，为飞行决策提供技术支撑。

1 主要功能

通过对靶场遥、外测数据分析与快速发布系统(下文简称系统或DAPS)进行需求分析，确定了系统主要由数据后台管理和数据前台显示分析两部分组成，后台数据管理包含了海量数据存储管理、数据处理结果快速入库等功能，数据前台显示分析主要完成基于Web的数据分层分类显示、数据比对分析等功能。系统功能关系如图1所示。

1.1 数据管理

1.1.1 用户管理

针对不同用户，设立不同的用户权限，行使对应的数据管理职能。用户根据权限划分为三类，分别是系统管理员、遥测数据管理员和外测数据管理员。其中遥测数据管理员的权限是对遥测数据处理结果进行入库和维护;外测数据管理员的权限是对外测数据处理结果进行入库和维护;系统管理员的权限是对数据进行入库、维护和配置管理，对用户进行定义和授权。

1.1.2 遥测数据入库及维护

图1 系统功能关系Fig.1 System function

将遥测数据处理结果导入数据库，主要包括遥测重要时间指令表和遥测参数结果文件;对遥测数据进行维护，包括浏览、删除、增加、备份数据等。

1.1.3 外测数据入库及维护

将外测数据处理结果导入数据库，包括速度/高度数据、位置分量数据、速度分量数据、精度数据和光学图像等;对外测数据进行维护，包括浏览、删除、增加、备份数据等。

1.1.4 系统配置管理

对系统数据库的物理地址、连接、登陆设置等配置进行管理;对飞行器飞行时段和分系统等配置信息进行管理。

1.2 数据显示分析

1.2.1 遥测参数处理结果分层分类显示

将遥测参数的处理结果分层分类显示，根据数据分析的思路将遥测参数先按飞行时段分类再按系统分类，然后按照参数类型分类显示，这种逐层分类的结构具有可配置性，可以根据不同飞行器的特点和要求进行配置和调整。通过这种分层分类显示可以明确参数归属范畴，更有效地进行关联性比对分析和故障定位诊断。

系统可显示遥测参数的具体信息，包括参数的序号、名称、代号、量纲、理论范围、测量时段、参数值等。遥测参数值信息以参数曲线和数值方式显示，其它基本信息和时间指令参数以列表方式显示。

1.2.2 外测数据处理结果分类显示

将外测数据的处理结果进行分类显示，包括速度/高度曲线、弹道分量曲线和精度曲线三类。

速度/高度曲线采用双坐标轴方式，横轴显示时间，两个纵轴分别显示速度和高度。其它类别的曲线采用单坐标轴方式。

1.2.3 数据分析

系统采用值域法、类比法、差分法等数据分析方法，充分利用先验信息对数据进行历史数据比对和参数间关联性分析［3］，帮助辨识异常数据。历史数据中的异常数据有特殊标记，以避免错误的引导，便于异常数据归纳分析。在对单个参数进行曲线画图分析时，能够显示理论值比对和幅值管道约束分析等。

1.2.4 数据处理结果多媒体显示

系统能够显示光学图像，并能够对特征事件图像进行局部放大分析，支持JPEG、BMP、PNG、TIFF、GIF等多种常用文件格式，并能够以PDF文件或DOC文件方式显示遥、外测数据综合分析报告。

1.2.5 遥测故障模式显示

遥测故障模式的分类显示方式区别于正常情况下的遥测信息显示，系统按照故障树预先将遥测参数分类设定在相关联的故障模式下，能够在故障模式下完成更有针对性的数据分析［3］。

2 系统总体设计

系统基于Web开发，通过内部网络实现数据的安全共享。在Web网络应用开发中，动态网页语言各有优势与不足［4，5］。为了增强系统的独立性、平台无关性和安全性，充分发挥数据层高效的数据存储和数据管理能力，实现遥、外测数据的动态浏览，系统针对两个功能软件的需求特点，考虑到JSP在网页解析执行效率上的优势和系统开发成本，采用Apache+PHP组合方式开发数据管理软件，采用Tomcat+JSP组合方式开发数据显示分析软件，使用Web浏览器作为客户端，后台数据库使用MySQL数据库。这两种组合方式针对性强，工作效率很高，系统性能较强［4，5］。

2.1 体系结构设计

系统体系结构采用B/S(Brower/Server网络模式)三层结构开发，三层结构分别为用户界面层、业务逻辑层和数据层［6］。系统支持多用户的并发访问，而且能够提供文本、图形、图像等服务，具有用户界面统一、易于使用、维护简单、扩展方便、信息共享程度高等优点，实现了更大程度、更大范围的数据库资源共享。

图2 系统结构Fig.2 System structure

用户界面层通过Web浏览器与用户和管理员进行交互，接收用户和管理员的输入请求，并将服务器端传来的数据呈现给客户。业务逻辑层负责接收Web浏览器传来的请求，并将请求传给数据层，同时将请求处理结果发送给Web浏览器［7，8］，数据显示分析软件通过Ajax技术实现数据通信，数据管理软件由Web表单和组件服务向客户呈现数据和信息。数据层中，数据显示分析软件通过JavaBean直接调用MySQL提供数据服务，数据管理软件则通过PHP的MySQLi扩展库操纵数据为业务逻辑层提供数据服务。系统结构如图2所示。

2.2 数据库设计

DAPS的数据库基于MySQL5.6设计。由于数据管理系统实现的功能都是基于MySQL数据库进行，因此要对数据库的各种操作和属性进行封装［8］，抽象成一个数据库操作类Database_MySQL。

DAPS数据库主要包括八个表，具体功能见表1。鉴于遥测数据类型多、参数相关要素(如量纲、理论范围、参数名称等)复杂等特点，本系统专门设计了Index表(索引表)作为遥测数据相关要素显示时的依据，在索引表内可以进行飞行时段、分系统、参数类型配置，异常数据标识，故障模式分类标注等，遥测参数的入库、读取数据信息也是基于索引表完成的。

2.3 主要功能模块设计

通过分析、分解系统主要功能，将DAPS分为以下10个功能模块:

①用户管理

用户管理根据服务器端设定的登录用户权限，通过访问数据库，获取角色配置信息，为数据管理软件用户提供信息显示和数据入库功能。当登录数据管理软件时，系统要对登录用户进行身份与权限验证。系统管理员可实现对用户的管理设置。

②配置文件管理

系统运行前对配置文件进行管理，软件配置文件集中存储于数据库服务器上，系统管理员对服务器上的配置文件进行更新。配置文件包括登录配置文件和界面显示配置文件。

③数据入库

数据管理软件实现靶场遥、外测数据的本地或异地入库。

④数据库管理

数据管理软件能够浏览、增加、修改和删除型号数据库、飞行试验数据库以及数据子表和索引表，并对数据库进行备份和维护。

⑤数值显示

系统提供数值显示组件，显示内容包括遥测数据的相对时和参数值。

⑥列表显示

系统提供列表显示组件，列表显示时间指令参数、索引表信息等。

⑦曲线显示

系统提供曲线显示分析组件，能够完成遥测参数历史数据比对、遥测参数关联性分析、遥测参数值域管道显示、外测弹道数据双坐标轴显示、分量曲线显示等功能。

⑧文档资料显示

当遥、外测综合分析报告要以文档资料方式显示时，执行文档显示组件。

⑨图像显示

当要浏览图像文件时，执行图像显示组件。图像文件为特征事件光学图像。

⑩故障模式显示

当任务发生故障时，进入故障模式显示界面。界面按照预先设定的故障模式分类显示，显示内容包括故障模式及与其相关的遥测参数具体信息，并实现遥测数据曲线显示、列表显示和数值显示功能。

系统功能模块及对应的用户见图3。

图3 功能模块及对应的用户Fig.3 System function modules and corresponding users

3 系统实现

系统部署在服务器端，完成数据库服务、数据管理Web服务和数据显示Web服务。

3.1 数据管理软件

根据主要功能模块划分，数据管理软件可分为以下4个包:

①主框架包:实现程序启动后Web网页主框架的构建和系统的登录、退出、菜单显示等功能。

②数据导入包:主要完成遥测参数和外测参数的数据入库功能。

③数据库管理包:主要完成型号和飞行试验数据库的创建、删除、备份、恢复，数据表的添加、删除、清空数据，系统用户的添加、删除、更新和权限管理，系统配置的变更等功能。

④基础包:主要是对系统实现过程中经常用到的数据库操作、脚本操作函数进行集成，封装成类或类库，供各个网页页面调用。

图4 数据管理软件遥测数据入库页面和登录页面Fig.4 Telemetry data loading & login pages of data management software

由于遥、外测数据量巨大，考虑到数据入库会消耗大量计算机资源，影响数据显示分析软件的运行效果，因此数据管理软件进程以多线程运行，这种结构能够加快数据入库的速度，从而提高入库效率。主控线程负责数据管理进程的初始状态设置，通过运行系统相关的网页类实例，构成数据管理进程与管理员之间的交互环境，完成人机交互命令的解释处理，为进程提供运行控制支持，并创建其它应用处理线程。在数据库管理过程中，系统管理员可以通过主线程完成系统框架的显示与操作及各个网页间的切换和显示。在数据入库过程中，入库辅助线程负责完成遥、外测数据入库。采用这种进程结构，遥、外测数据文件上传的平均速度不低于100MB/min，当数据入库达到峰值时，CPU占用率不超过50%，内存余量不低于30%，增强了软件的可靠性和实用性。数据管理软件的遥测数据入库界面和登录界面如图4所示。

3.2 数据显示分析软件

根据主要功能模块划分，数据显示分析软件可分为以下3个包:

①数据处理包:实现数据处理，完成数据库和文件中数据的处理和组织等功能。数据处理包主要从数据库中提取飞行试验参数配置信息和结果数据，在逻辑上封装数据。包中的类均是Java Bean，被Servlet调用。

②逻辑控制与数据提供包:主要完成控制网页显示、为网页提供数据等功能。包中的类均是Servlet，主要功能是提供JSP网页和网站服务器之间的数据交互。软件利用Ajax技术实现JSP网页调用Servlet，Servlet通过调用DAPSBean中的JavaBean来获取数据，再将数据返回给JSP网页［9］。

③数据显示包:实现遥、外测数据的快速显示。遥测数据显示主要完成遥测参数的分层分类浏览和数据比对显示，以及时间指令表、分析报告和故障模式的显示功能;外测数据显示主要完成外测速度/高度数据、分量曲线、精度曲线、光学图像和分析报告的显示功能。

数据显示分析软件以多线程运行，在显示过程中，用户可以根据分析需要点击导航栏中的按钮，在遥测数据导航下完成按照系统分类、飞行段分类和故障模式分类的遥测参数曲线及数据的查询分析，并在曲线显示组件上完成遥测历史数据比对、关联性分析、理论值管道约束等数据分析过程;在外测数据导航下完成外测综合弹道显示、弹道精度显示、光学图像显示等分析过程。此外，软件还有遥、外测数据综合分析报告浏览等功能。

数据显示分析软件充分考虑了显示性能，由于曲线绘制最耗时间，因此在绘制时先判断当前计算出的像素点是否与上一个像素点一样，如果一样则不再重复绘制。通过方法优化，曲线绘制耗时达到了指标要求，当数据文件比较大时(2MB～20MB)，参数曲线绘制时间小于20s;当数据文件大小中等时(1MB～2MB)，参数曲线绘制时间小于10s;当数据文件比较小时(小于1MB)，参数曲线绘制时间小于3s。数据显示时CPU占用率不超过50%，内存余量不低于30%，软件的用户体验更加流畅、快捷。数据显示分析软件主界面如图5所示。

图5 数据显示分析软件主页面Fig.5 Main page of data display & analysis software

4 结束语

系统建设秉持“高效管理、快速发布、图文并茂、综合分析”的设计理念，基于Web技术开发了一个集试验数据管理、发布和分析于一体的综合试验数据应用平台，通过集成多种数据分析手段、运用多种显示方式，将数据多角度、图文并茂地展现出来，实现多型号遥、外测数据的集中存储管理、分类聚焦、实时共享、合理使用，提高了试验数据利用效率。通过信息的及时传递和共享，为试验结果分析、异常数据辨识及故障快速定位提供了高效可靠的数据支持，更好地满足多专业、多领域、多部门人员的需要。目前，该系统已在靶场飞行器发射试验中得到广泛应用，为飞行决策提供了有效帮助，为靶场完成传统试验向智能试验的转变奠定了良好的基础。

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