CN103593500A - 一种基于支持向量机和多元回归的飞行器参数映射系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于支持向量机和多元回归的飞行器参数映射系统及方法，包括数据导入模块、参数映射校核模块、参数映射验证模块、参数映射确认模块和映射显示模块。本发明利用少量的飞行器方案涉及的响应参数与自变参数数据样本对，建立两者之间的参数映射关系，且在数据样本对中，允许部分响应参数的数据样本含有误差或噪声，并利用该参数映射代替高精度计算模型参与飞行器总体方案优化设计过程，满足快速获取最优飞行器总体方案的需求，提高优化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于支持向量机和多元回归的飞行器参数映射系统及方法，属于飞行器总体方案优化设计领域。
背景技术
随着优化技术在飞行器总体方案设计中的应用，较好的满足了快速获得优化的总体方案的需求。为了更好的解决前期方案筛选过程中，尽快选定某一最优方案，因此对于某些专业不可能采用高精度模型，而更希望通过响应参数与自变参数获得简单的、准确的数学关系，并用其代替高精度模型。参数映射分析是解决总体方案快速优化设计的重要辅助手段，利用高精度专业计算模型产生的响应参数与自变参数的数据样本对，结合现有的数学方法，建立两种参数之间的映射关系，并将其应用于优化设计过程，代替高精度计算模型。利用代数模型的微秒极的计算成本，换取更快速的方案设计。此外，随着样本数的增加，参数映射关系的精度也将随之提高，可以作为快速评估方案的有效辅助工具。目前，建立参数映射关系的方法通常是利用已有的数据样本直接构造响应参数与自变参数之间的数学关系，而忽略了数据样本中可能存在坏点的情况，即参数样本数据含有误差或噪声。
本发明提出一种基于支持向量机和多元回归的参数映射分析系统及方法，用于建立飞行器总体方案涉及的响应参数与自变参数之间的参数映射关系，并消除因数据中含有误差或噪声带来的影响，根据国内外有关文献检索情况，所查文献中没有相关文献与本技术密切相关。
发明内容
本发明的技术解决问题是：本发明提出一种基于支持向量机和多元回归的飞行器参数映射系统及方法，利用少量的飞行器方案涉及的响应参数与自变参数数据样本对，建立两者之间的参数映射关系，且在数据样本对中，允许部分响应参数的数据样本含有误差或噪声，并利用该参数映射代替高精度计算模型参与飞行器总体方案优化设计过程，满足快速获取最优飞行器总体方案的需求，提高优化效率。
本发明的技术解决方案：基于支持向量机和多元回归的飞行器参数映射系统，由5个模块组成，包括数据导入模块、参数映射校核模块、参数映射验证模块、参数映射确认模块、映射显示模块，如图1所示。
数据导入模块：将飞行器总体参数，包括实物试验数据、仿真分析数据、经验数据等数据文件进行导入，数据文件的格式为*.txt、*.dat、*.xls，并解析文件中飞行器的总体参数信息，即响应参数与自变参数，分别付给两个数组out[m]和in[n][m]。按照总体参数映射关系将实物试验数据、仿真分析数据、经验数据的响应参数与自变参数由数据文件转换为XML格式文件并保存于文件仓库，供参数映射校核模块、参数映射确认模块、参数映射确认模块调用；
参数映射校核模块：提取文件仓库中的实物试验数据文件，如test.xml，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组TY_out[n]和TX_in[n][m]，而后使用多元回归方法，建立响应参数与自变参数之间的参数映射关系vari_F，即校核映射，并基于校核映射对实物试验数据中的噪声进行降噪处理，随之产生一组新的、校核响应参数数据vari_TY[n]，将校核响应参数数据与原自变参数数据TX_in[n][m]以XML格式存储于文件仓库，如varification.xml，供参数验证模块调用；
参数映射验证模块：提取文件仓库中的经验数据文件，如experience.xml，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组EY_out[n]和EX_in[n][m]，再使用代数组合方式，即组合归一化方法，对响应数据进行验证，其方法为：按照数值比例将校核响应参数数据vari_TY[n]与经验响应参数数据EY_out[n]进行组合归一化，产生一组新的、验证响应参数数据vali_EY[n]，将验证响应参数数据与自变参数数据EX_in[n]以XML格式存储于文件仓库，如validation.xml，供参数映射确认模块调用；
参数映射确认模块：提取文件仓库中存储的、由参数映射验证模块提交的数据文件，如validation.xml，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组vali_out[n]和vali_in[n][m]，再使用支持向量机，建立响应参数与自变参数之间的参数映射关系vali_F，即确认映射，将确认映射以XML格式存储于文件仓库，供映射显示模块调用；
映射显示模块：接收参数映射校核模块、参数映射验证模块和参数映射确认模块发送的数据文件，解析文件中的响应参数与自变参数的信息，采用嵌入式窗口方式在系统进行二维或三维显示。
基于支持向量机和多元回归的飞行器参数映射方法，实现步骤如下：
（1）将飞行器总体参数，包括实物试验数据、仿真分析数据、经验数据等数据文件进行导入，数据文件的格式为*.txt、*.dat、*.xls，并解析文件中飞行器的总体参数信息，即响应参数与自变参数，分别付给两个数组out[m]和in[n][m]。按照总体参数映射关系将响应参数与自变参数由数据文件转换为XML格式文件并保存于文件仓库，供参数映射校核模块、参数映射确认模块、参数映射确认模块调用；
（2）提取文件仓库中的实物试验数据文件，如test.xml，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组TY_out[n]和TX_in[n][m]，而后使用多元回归方法，建立响应参数与自变参数之间的参数映射关系vari_F，即校核映射，并基于校核映射对实物试验数据中的噪声进行降噪处理，随之产生一组新的、校核响应参数数据vari_TY[n]，将校核响应参数数据与原自变参数数据TX_in[n][m]以XML格式存储于文件仓库，如varification.xml，供参数验证模块调用；
（3）提取文件仓库中的经验数据文件，如experience.xml，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组EY_out[n]和EX_in[n][m]，再使用代数组合方式，即组合归一化方法，对响应数据进行验证，其方法为：按照数值比例将校核响应参数数据vari_TY[n]与经验响应参数数据EY_out[n]进行组合归一化，产生一组新的、验证响应参数数据vali_EY[n]，将验证响应参数数据与自变参数数据EX_in[n]以XML格式存储于文件仓库，如validation.xml，供参数映射确认模块调用；
（4）提取文件仓库中存储的、由参数映射验证模块提交的数据文件，如validation.xml，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组vali_out[n]和vali_in[n][m]，再使用支持向量机，建立响应参数与自变参数之间的参数映射关系vali_F，即确认映射，将确认映射以XML格式存储于文件仓库，供映射显示模块调用；
（5）接收参数映射校核模块、参数映射验证模块和参数映射确认模块发送的数据文件，解析文件中的响应参数与自变参数的信息，采用嵌入式窗口方式在系统进行二维或三维显示。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）本发明实现了响应参数与自变参数的快速参数映射，在方案优化过程中代替高精度计算模型，提稿了优化效率。
（2）本发明允许响应参数数据样本中存在误差或噪声，更加符合实际试验活动的需求。
（3）本发明能快速有效的建立飞行器总体参数之间的参数映射关系，完成总体方案的性能分析，亦能实现方案性能预测。
附图说明
图1为本发明系统的组成框图；
图2为本发明系统中的数据导入模块实现过程；
图3为本发明系统中的参数映射校核模块实现过程；
图4为本发明系统中的参数映射验证模块实现过程；
图5为本发明系统中的参数映射确认模块实现过程；
图6为本发明系统中的映射显示模块实现过程。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种基于支持向量机和多元回归的飞行器参数映射系统由分布式系统包括数据导入模块、参数映射校核模块、参数映射验证模块、参数映射确认模块和映射显示模块；
整个实现过程如下：
（1）将飞行器总体参数，包括实物试验数据、仿真分析数据、经验数据等数据文件进行导入，数据文件的格式为*.txt、*.dat、*.xls，并解析文件中飞行器的总体参数信息，即响应参数与自变参数，分别付给两个数组out[m]和in[n][m]。按照总体参数映射关系将响应参数与自变参数由数据文件转换为XML格式文件并保存于文件仓库，供参数映射校核模块、参数映射确认模块、参数映射确认模块调用；
（2）提取文件仓库中的实物试验数据文件，如test.xml，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组TY_out[n]和TX_in[n][m]，而后使用多元回归方法，建立响应参数与自变参数之间的参数映射关系vari_F，即校核映射，并基于校核映射对实物试验数据中的噪声进行降噪处理，随之产生一组新的、校核响应参数数据vari_TY[n]，将校核响应参数数据与原自变参数数据TX_in[n][m]以XML格式存储于文件仓库，如varification.xml，供参数验证模块调用；
（3）提取文件仓库中的经验数据文件，如experience.xml，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组EY_out[n]和EX_in[n][m]，再使用代数组合方式，即组合归一化方法，对响应数据进行验证，其方法为：按照数值比例将校核响应参数数据vari_TY[n]与经验响应参数数据EY_out[n]进行组合归一化，产生一组新的、验证响应参数数据vali_EY[n]，将验证响应参数数据与自变参数数据EX_in[n]以XML格式存储于文件仓库，如validation.xml，供参数映射确认模块调用；
（4）提取文件仓库中存储的、由参数映射验证模块提交的数据文件，如validation.xml，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组vali_out[n]和vali_in[n][m]，再使用支持向量机，建立响应参数与自变参数之间的参数映射关系vali_F，即确认映射，将确认映射以XML格式存储于文件仓库，供映射显示模块调用；
（5）接收参数映射校核模块、参数映射验证模块和参数映射确认模块发送的数据文件，解析文件中的响应参数与自变参数的信息，采用嵌入式窗口方式在系统进行二维或三维显示。
上述实现过程的具体实施如下：
1.硬件设备选型
CPU主频：1GHz
内存：1GB
硬盘容量：1T
2.数据导入模块
该模块的实现过程如图2所示：
(1)从文件列表中读取数据文件类型，包括*.txt、*.dat、*.xls等文件格式。
(2)解析实物试验、仿真、经验等数据文件，分辨其中的响应参数与自变参数，并存储于out[m]和in[n][m]数组。
(3)将解析数组in[n][m]和out[m]以XML格式进行存储。
(4)数据导入完成，结束。
3.参数映射校核模块
该模块的实现过程如图3所示：
(1)从数据文件仓中提取实物试验数据文件，如test.xml。
(2)解析数据文件test.xml，分辨其中的响应参数与自变参数，并存储于TY_out[n]和TX_in[n][m]数组。
(3)利用TX_in[n][m]和TY_out[n]，基于多元回归建立TX_in与TY_out之间的校核映射vali_F，其中多元回归方法通过动态库函数multiregression.dll进行调用。
(4)检验映射vali_F的精度，若精度不满足要求，则重新建立，满足要求则保存。
(5)以XML格式保存校核响应参数vari_TY[n]与自变参数TX_in[n][m]，如varification.xml。
4.参数映射验证模块
该模块的实现过程如图4所示：
(1)从数据文件仓提取经验数据文件，如experience.xml，及参数映射校核模块提交的varification.xml。
(2)解析数据文件experience.xml，分辨其中的响应参数与自变参数，并存储于EY_out[n]和EX_in[n][m]数组，解析varification.xml，并将其中的校核响应参数分配给vari_TY[n]数组。
(3)利用EY_out[n]和vari_TY[n]，基于组合归一化方法产生一组验证响应参数数据vali_EY[n]，即0<alpha<1，
vali_EY[n]=alpha*EY_out[n]+(1-alpha)*vari_TY[n]。
(4)以XML格式保存验证响应参数vali_EY[n]与自变参数EX_in[n][m]，如validation.xml。
5.参数映射确认模块
该模块的实现过程如图5所示：
(1)从数据文件仓提取由参数映射验证模块提交的文件，即validation.xml。
(2)解析数据文件validation.xml，分辨其中的响应参数与自变参数，并存储于vali_out[n]和vali_in[n][m]数组。
(3)利用vali_out[n]和vali_in[n][m]，基于支持向量机建立vali_in与vali_out之间的确认映射vali_F，其中支持向量机方法通过动态库函数svm.dll进行调用。
(4)检验确认映射vali_F的精度，若精度不满足要求，则重新建立，满足要求则保存。
(5)以XML格式保存确认响应参数vali_F_out[n]与自变参数vali_in[n][m]，如accreditation.xml。
6.数据展示模块
该模块的实现过程如图6所示：
(1)接收参数映射校核模块、参数映射验证模块和参数映射确认模块模块发送的数据文件，解析文件中的响应参数与自变参数信息，并存储于viewdata_out和viewdata_in数组。
(2)使用嵌入式方式在软件工具中进行二维或三维显示，以验证参数映射关系。
应用举例：本发明的系统及方法已经成功应用于中国运载火箭技术研究院的某飞行器的预研阶段，证明了本发明系统及方法能够提高优化效率、能直观的快速分析响应参数与自变参数之间的关系。
本发明未详细描述的部分属于本领域公知技术。
Claims (2)
1.一种基于支持向量机和多元回归的飞行器参数映射系统，其特征在于包括：数据导入模块、参数映射校核模块、参数映射验证模块、参数映射确认模块和映射显示模块；其中：
数据导入模块：将飞行器总体参数，包括实物试验数据、仿真分析数据、经验数据文件进行导入，并解析文件中飞行器的总体参数信息，即响应参数与自变参数，分别付给两个数组out[m]和in[n][m]；按照总体参数映射关系将实物试验数据、仿真分析数据、经验数据的响应参数与自变参数由数据文件转换为XML格式文件并保存于文件仓库，供参数映射校核模块、参数映射确认模块、参数映射确认模块调用；
参数映射校核模块：提取文件仓库中的实物试验数据文件，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组TY_out[n]和TX_in[n][m]，然后使用多元回归方法，建立响应参数与自变参数之间的参数映射关系vari_F，即校核映射，并基于校核映射对实物试验数据中的噪声进行降噪处理，随之产生一组新的、校核响应参数数据vari_TY[n]，将校核响应参数数据与原自变参数数据TX_in[n][m]以XML格式存储于文件仓库，供参数验证模块调用；
参数映射验证模块：提取文件仓库中的经验数据文件，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组EY_out[n]和EX_in[n][m]，再使用代数组合方式，即组合归一化方法，对响应数据进行验证，验证方法为按照数值比例将校核响应参数数据vari_TY[n]与经验响应参数数据EY_out[n]进行组合归一化，产生一组新的、验证响应参数数据vali_EY[n]；将验证响应参数数据与自变参数数据EX_in[n]以XML格式存储于文件仓库，供参数映射确认模块调用；
参数映射确认模块：提取文件仓库中存储的、由参数映射验证模块提交的数据文件，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组vali_out[n]和vali_in[n][m]，再使用支持向量机，建立响应参数与自变参数之间的参数映射关系vali_F，即确认映射，将确认映射以XML格式存储于文件仓库，供映射显示模块调用；
映射显示模块：接收参数映射校核模块、参数映射验证模块和参数映射确认模块发送的数据文件，解析文件中的响应参数与自变参数的信息，采用嵌入式窗口方式在系统进行二维或三维显示。
2.基于支持向量机和多元回归的飞行器参数映射方法，其特征在于实现步骤如下：
（1）将飞行器总体参数，包括实物试验数据、仿真分析数据、经验数据等数据文件进行导入，并解析文件中飞行器的总体参数信息，即响应参数与自变参数，分别付给两个数组out[m]和in[n][m]；按照总体参数映射关系将响应参数与自变参数由数据文件转换为XML格式文件并保存于文件仓库，供参数映射校核模块、参数映射确认模块、参数映射确认模块调用；
（2）提取文件仓库中的实物试验数据文件，如test.xml，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组TY_out[n]和TX_in[n][m]，而后使用多元回归方法，建立响应参数与自变参数之间的参数映射关系vari_F，即校核映射，并基于校核映射对实物试验数据中的噪声进行降噪处理，随之产生一组新的、校核响应参数数据vari_TY[n]，将校核响应参数数据与原自变参数数据TX_in[n][m]以XML格式存储于文件仓库，供参数验证模块调用；
（3）提取文件仓库中的经验数据文件，解析文件中的响应参数与自变参数，分别付给两个数组EY_out[n]和EX_in[n][m]，再使用代数组合方式，即组合归一化方法，对响应数据进行验证，验证方法为按照数值比例将校核响应参数数据vari_TY[n]与经验响应参数数据EY_out[n]进行组合归一化，产生一组新的、验证响应参数数据vali_EY[n]；将验证响应参数数据与自变参数数据EX_in[n]以XML格式存储于文件仓库，供参数映射确认模块调用；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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