導彈測試數據分析與處理

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

數據分析與處理[1]是數據測試的重要環節，對數據進行分析與處理能確保數據的無差異性和非偶然性。一般數據的分析與處理包括標度變換、數字濾波、剔除奇異項、剔除趨勢項和平滑處理。在部隊，導彈測試數據的分析與處理在導彈測試中占據重要地位，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，分析與處理后的數據經D9接口輸入計算機，進行下一步處理。

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

1 總體設計

導彈數據的測試存在偶然性，一般測試時，某些參數會多次測量。參數包括電壓、電流、時間和頻率等復雜類別，每個參數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，需先對參數進行無量綱化，然后剔除參數中的奇異項和趨勢項，最終取剔除后每組數據的平均值作為對應參數的實測值。

本文使用Multisim14設計分析與處理模塊電路，使用Matlab調試分析與處理程序，調試合格后可經emlc命令轉化為C語言后燒入單片機，實現對數據的分析與處理，本文主要根據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模/數(A/D)轉換器，然后輸入單片機中，A/D轉換器外部連接電路如圖2所示。

圖2 A/D轉換器外部連接電路

IN為數據輸入端，A/D轉換器D0～D7引腳經總線輸入至單片機中，外接的3個與門與內置轉換電路實現模數轉換功能，ADDA、ADDB和ADDC是模數轉換區引腳，一般接地。

2.2 原理分析

采集參數主要為電壓和電流信號，電壓和電流數據需要進行量綱變換，將有量綱量轉化為無量綱量，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根據采集系統特征確定。檢測出奇異項后，用預測值代替，若有連續2個或以上奇異點出現，則先判斷是否滿足下式：

(4)

經驗證明，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[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，所以E(b)對bl求偏導，使其為零，即：

(10)

式(10)可產生M+1個如下方程：

(11)

根據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。根據經驗，一般M的值在3以內，當M=1時，由式(9)可得以下聯立方程組：

(12)

再聯合下式：

(13)

最終解式(9)可得：

(14)

3 過程仿真

由于導彈某些參數測試時需進行多次測量，因此某些參數對應的初始值并不是1個單值，而是1組數。這組數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，此項數據保存在“參數n.dat”文件中。程序調試可得如圖3所示結果。

圖3 奇異項剔除結果

圖3中2.500 0項已被剔除，由于采樣數據較多，奇異項較少，數據不替換不會對最終結果造成影響，因此這里不進行數據替換。

3.2 趨勢項處理

以該型導彈陀螺轉子不通電轉速下降值為例，在1 000 ms的時間內對轉子的頻率進行測量，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，剔除結果如圖4所示。

圖4 趨勢項剔除結果

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

4 結束語

本文通過對某型導彈測試流程的分析，依據現階段研究情況，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。現階段我軍測試技術還有不足之處，未來在數據分析與處理領域會融入更多如大數據處理技術等高新技術。