CN116383059A - 导航终端设备的数据包络分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导航终端设备的数据包络分析系统，包括：配置层，用于配置所述数据包络分析系统的基本信息，所述基本信息包括产品信息、用户信息、测试信息、数据解析配置协议、数据分析算法和报告模板；数据层，与所述配置层交互连接，所述数据层通过局域网与设备层交互数据，并根据所述配置层的配置将测试数据和遥测数据解析和预处理后存入数据库；应用层，与所述数据层和所述数据层交互连接，所述应用层用于所述数据包络系统的查询测试和/或遥测数据、对数据进行分析和判读、按照产品信息的维度进行包络分析以及将测试和遥测数据绘制层曲线图并用于生成报告以及系统数据信息管理。本发明适于导航终端设备复杂的数据分析需求，配置灵活，扩展方便。

Description

导航终端设备的数据包络分析系统

技术领域

本发明涉及卫星测试领域，具体涉及一种导航终端设备的数据包络分析系统。

背景技术

在导航系统的产品测试阶段，需针对不同应用场景进行大规模、重复的功能性能测试验证，过程中会产生大量的测试数据，每天的数据量达到数GB级别，而且数据中包含上千个参数。

传统的针对导航终端设备的数据分析系统仅是将当前型号产品分析出的结果形成测试报告，没有将数据、分析结果和相关的测试信息统一入库管理。同时，由于导航终端设备测试数据具有物理量多，数据量大，传输带宽高的特点，采用传统的数据库技术无法满足对这些数据的实时存储需求。且现有的针对导航终端设备的数据分析系统支持的分析方法较为固定，不能灵活地可扩展地对数据进行挖掘分析来开展相应的研究，不再适用于导航终端设备日渐复杂的分析需求。

发明内容

本发明提出一种可应用于导航终端设备的数据包络分析系统，可实现各类导航终端数据信息的灵活配置，且方便扩展，查询速度快。

本发明实施例的一种导航终端设备的数据包络分析系统，包括：配置层，用于配置所述数据包络分析系统的基本信息，所述基本信息包括产品信息、用户信息、测试信息、数据解析配置协议、数据分析算法和报告模板；数据层，与所述配置层交互连接，所述数据层通过局域网与设备层交互数据，并根据所述配置层的配置将测试数据和遥测数据解析和预处理后存入数据库；应用层，与所述数据层和所述数据层交互连接，所述应用层用于所述数据包络系统的查询测试和/或遥测数据、对数据进行分析和判读、按照产品信息的维度进行包络分析以及将测试和/或遥测数据绘制层曲线图并用于生成报告以及系统数据信息管理。

进一步地，所述配置层包括产品信息模块、用户信息模块、测试信息模块、数据解码配置协议模块、分析算法模块和报告模板模块。

进一步地，所述产品信息模块用于设置产品平台信息、产品型号信息、产品批次信息、产品测试参数信息和产品性能指标信息；所述用户信息模块用于设置所有用户的登录账号信息，所述登陆账号信息包括姓名、用户名、登录密码、用户权限、所属项目组和用户创建日期；所述测试信息模块用于设置测试设备信息、测试人员信息、测试产品信息、地面测试信息和资源文件信息；所述数据解码配置协议模块用于设置源码配置信息、工程值参数信息、预处理方法、源码解析规则和解析公式；所述分析算法模块用于设置用户需要的数据分析算法，可支持包括由MATLAB语言编写的M文件、由C#语言编写的动态链接库和由标准C/C++语言编写的动态链接库；所述报告模板模块用于设置产品包络分析报告模板。

进一步地，所述数据层包括数据通讯模块、数据预处理模块、数据解码模块和数据存储模块。

进一步地，所述数据通讯模块被配置为采用UDP单播或者组播的形式接收所述设备层的数据；所述数据预处理模块被配置为根据所述配置层中预置的数据解析配置协议从源码中按照配置好的预处理方法提取有效数据；所述数据解码模块被配置为对所述数据预处理模块预处理后的数据按照源码解析规则获取卫星每个参数的源码数据，并根据所述解析公式将源码数据解析为对应的遥测工程值；所述数据存储模块被配置为将所有数据和信息存入所述数据库。

进一步地，所述应用层包括数据查询模块、数据分析模块、数据判读模块、产品包络分析模块、报告生成模块和数据信息管理模块。

进一步地，所述数据查询模块被配置为根据自定义查询条件进行数据筛选，并将查询结果以曲线和列表两种形式显示和/或导出；所述数据分析模块被配置为调用所述配置层的分析算法计算分析结果并显示在客户端界面中；所述数据判读模块被配置为对产品参数的测试数据进行离线数学运算和分析，并按照用户预先设定的判读规则或算法提取符合算法的数据点，并进行显示和存储；所述产品包络分析模块被配置为根据产品信息，按照平台、型号、批次、同一单机分别进行包络分析，并绘制成包络分析图，并在不同产品之间进行包络对比，分析不同产品之间的差异性，将分析结果以表格形式进行显示；所述报告生成模块被配置为将包络分析的结果以及曲线图输出为产品包络分析报告，并自动填写报告中的各项内容；所述数据信息管理模块被配置为管理系统的产品信息、测试信息、用户信息和操作权限信息，所述数据信息管理模块支持添加、删除、编辑、查看、导入和导出功能。

本发明可以基于Oracle数据库开发并采用客户端/服务器(C/S)架构，将产品信息、测试信息、遥测参数信息等维度创建索引，解决了数据散乱的问题，实现各类信息的灵活配置并提高查询速度。以数据的流向为前提，提炼并设计出数据分发缓存机制，提高单位时间的入库频率，满足数据局域网内的“高速入库、快速查询”的需求。分析经过地面试验验证成功的若干产品数据，获得所构成的数据范围(即成功包络)，将待分析产品数据与其进行比对，判定待分析产品数据是否落在成功包络范围内，得到待分析产品数据包络状况，评估产品是否满足执行任务能力，来辅助提高卫星导航接收机产品的质量。

本发明的优点在于：

(1)采用模块化体系结构设计，将系统细分成若干个模块，各功能模块之间保持一定的独立性，可以并行设计开发和升级，适应于导航终端各类平台产品，灵活配置，方便扩展。

(2)在数据存储时，充分分析数据收发特性，设计出数据分发缓存机制，提高单位时间的入库频率，适应数据局域网内的“高速入库、快速查询”的需求。首先，局域网络内的数据包，经过传输过程实际接收的数据包频度可能出现变化，本系统对数据包频度预先设置，设置数据包缓存的大小，对数据包予以缓存，以应对数据包在特定时间内激增的现象。其次，由于数据包存在编码，需要解码以获取原码+解码(物理量信息)等基本信息，所以在数据分发机制中设计有数据包协议的解读机制。第三，相同信息的聚合，能够满足数据高速查询的需求，所以对通过数据包协议层的数据进行聚合处理，以物理量类型为基本聚合单位，对数据进行聚合处理。最后，针对有效的测试数据进行抽点，保留其在时域上的特性，使大量的数据能够根据用户的需求，平滑、高效的展现给用户。

(3)采用成功数据包络分析方法对代表产品质量的特征量进行分析，首先将经过地面试验验证成功的若干产品数据累积迭代形成数据范围(即成功包络)，然后按照平台、型号、批次、同一单机等层面进行包络范围比对分析，得到不同维度的包络分析结果图，找出参数的离散、偏差情况，更系统、更直观的评估产品是否满足执行任务能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的导航终端设备的数据包络分析系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的数据通讯配置协议示意图；

图3为本发明实施例的数据分发缓存机制示意图；

图4为本发明实施例的数据判读运行流程示意图；

图5本发明实施例的成功数据包络分析示意图。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

如图1所示，本发明实施例的导航终端设备的数据包络分析系统包括数据层、配置层和应用层。

数据层通过局域网与设备层连接并交互数据，根据配置层的解析和预处理规则将测试数据和遥测数据进行解析和预处理后存储到数据库，包括数据通讯模块、数据预处理模块、数据解码模块、数据存储模块。

配置层配置系统中的所有基本信息包括产品信息、用户信息、测试信息、数据解析配置协议、数据分析算法和报告模板等，将这些信息都预置在系统中，包括产品信息模块、用户信息模块、测试信息模块、数据解码配置协议模块、分析算法模块和报告模板模块。

应用层为系统的各项使用功能，包括查询测试/遥测数据、对数据进行分析和判读、按照产品信息的维度进行包络分析，将测试/遥测数据绘制成曲线图并用于生成报告以及进行系统的各项数据信息管理，包括数据查询模块、数据分析模块、数据判读模块、产品包络分析模块、报告生成模块、数据信息管理模块。

在本实施例中，数据层的数据通讯模块用于读取数据源的配置文件，获取接收实时数据的相关参数信息，并依据这些信息采用UDP单播或者组播的形式打开相应的监听端口接收数据。参见图2，在配置文件中定义了型号信息、产品信息、数据源类型(如地面试验数据等)、IP地址、端口号、解码表类型和解码表位置等信息。通过数据传输协议配置的形式，软件可以适应传输数据内容的变化，保证对未来新产品型号的兼容性。

在本实施例中，数据层的数据预处理模块用于根据配置层中预置的数据解析配置协议，从源码中按照配置好的预处理方法去除外层协议，提取有效数据。例如，对如下表1的卫星数据封装协议，预处理过程为：判断源码数据的帧头帧尾标志和数据长度是否为0xEB9001F5、0x5A5A、32，如果都一致则将32字节的有效数据提出，待数据解码模块使用。

帧头	帧计数	数据长度	有效数据	帧尾
					0xEB9001F5	XX	32	XX XX…	0x5A5A

表1卫星数据封装协议

在本实施例中，数据层的数据解码模块用于对预处理后的数据按照源码解析规则获取卫星每个参数的源码数据，再利用解析公式将源码数据解析为其对应的遥测工程值，有校验和数据时按照校验和计算方式比对校验结果。例如，对如下表2的卫星遥测解析规则，解析公式为：工程值＝源码数据*转换因子，有效数据中的第35-38字节表示卫星的定轨UTC累加秒(假设为0x01020304)，则定轨UTC累加秒＝0x01020304*1＝16909060，同理，第41字节表示卫星的PDOP(假设为0x56)，则PDOP＝0x56*0.2＝17.2。

遥测名称	类型	地址	位宽	因子
					定轨UTC累加秒	无符号整数	35	32	1
滤波使用星数	无符号整数	39	8	1
					单点定位使用星数	无符号整数	40	8	1
定轨参数PDOP	整数	41	8	0.2

表2卫星遥测解析规则

在本实施例中，数据层的数据存储模块用于将系统中所有数据和信息存入数据库。为了满足遥测数据的存储性能要求，设计数据分发缓存机制实现对数据的“整存整取”，提高数据的吞吐能力。参见图3，首先，局域网络内的数据包，经过传输过程实际接收的数据包频度可能出现变化，本系统对数据包频度预先设置，设置数据包缓存的大小，对数据包予以缓存，以应对数据包在特定时间内激增的现象。其次，由于数据包存在编码，需要解码以获取原码+解码(物理量信息)等基本信息，所以在数据分发机制中设计有数据包协议的解读机制。再之，相同信息的聚合，能够满足数据高速查询的需求，所以对通过数据包协议层的数据进行聚合处理，以物理量类型为基本聚合单位，对数据进行聚合处理。最后，针对有效的测试数据进行抽点，保留其在时域上的特性，使大量的数据能够根据用户的需求，平滑、高效的展现给用户。

在本实施例中，配置层的产品信息模块用于设置产品的主要属性，包括产品平台信息、产品型号信息、产品批次信息、产品测试参数信息和产品性能指标信息。

在本实施例中，配置层的用户信息模块用于设置所有用户的登陆账号信息，主要包括姓名、用户名、登陆密码、用户权限、所属项目组、以及用户创建日期，同时支持用户登陆密码的隐藏或显性显示，并支持以读写excel方式批量导入导出用户信息。

在本实施例中，配置层的测试信息模块用于设置所有与测试相关的信息，包括测试设备信息、测试人员信息、测试产品信息、地面测试信息、资源文件信息。

在本实施例中，配置层的数据解码配置协议模块用于设置数据协议相关信息包括源码配置信息、工程值参数信息、预处理方法、源码解析规则和解析公式。

在本实施例中，配置层的分析算法模块用于设置用户需要的数据分析算法，支持由MATLAB语言编写的M文件、由C#语言编写的动态链接库(dll)和由标准C/C++语言编写的动态链接库。

在本实施例中，配置层的报告模板模块用于设置产品包络报告的Word模板供报告生成模块调用。以书签的形式来命名文件的标题插入、文字说明部分、表格数据插入以及图片的插入，将插入书签的位置在模板中设置完成。

在本实施例中，应用层的数据查询模块用于根据自定义查询条件进行数据筛选，查询结果以曲线和列表两种形式显示/导出。设计图形化的数据查询检索操作界面支持用户点选需要查询的类型和条件，以及多条件的组合查询(条件之间关系为与和或)。

在本实施例中，应用层的数据分析模块用于调用分析算法模块配置好的分析算法计算结果并显示在客户端界面中。针对MATLAB语言编写的分析算法，采用COM调用方式嵌入模块中，这种方式既能支持所有MATLAB内置函数，又稳定高效。针对动态链接库实现的分析算法，采用“反射”技术对用户自定义算法动态调用，动态地创建类型的实例，将类型绑定到现有对象或从现有对象中获取类型，然后调用类型的方法或访问其字段和属性。

在本实施例中，应用层的数据判读模块用于对产品参数的测试数据进行离线数学运算和分析，按照用户预先设定的判读规则或算法提取符合这些算法的数据点，并进行显示和存储，便于用户对其所关心的异常数据点或需要关注的数据点进行提取。参见图4，所有参与判读运算的数据全部来自数据库中已经进行存储的数据，系统根据用户操作从数据库中获取需要参与运算的数据送入运算判读模块进行运算分析，再将结果数据返回上层程序进行显示和记录。

在本实施例中，应用层的产品包络分析模块用于基于产品信息，按照平台、型号、批次、同一单机等维度分别进行包络分析，并绘制成包络分析图，还可以在不同产品之间进行包络对比，分析它们之间的差异性。产品成功数据包络是一个累积的过程，后续验证成功的产品数据添加进成功数据包络，生成新的包络范围。参见图5，包络分析图共包括六条线，分别为两条包络线(即包络上下限)、两条技术指标线(即公差上下限)、一条理论值线(即中间的直线)和一条包络中心线。其中，包络线反映基于待分析产品的先验数据分析出来的失效临界线；技术指标线表示设计控制线(允许公差范围)；标准值线：设计给出的理论值；包络中心线：表示通过先验数据分析出的理论值。

在本实施例中，应用层的报告生成模块用于将测试情况、测试数据、包络分析的结果以及曲线图按照模板进行输出为Word文档。加载合适的报告模板，通过软件前台界面的设置接口将数据库中存储的判读结果与模板中的书签进行对应，将数据库中数据填写到报告模板中，生成所需要的文档。

在本实施例中，应用层的数据信息管理模块用于管理系统所有的数据信息，包括产品信息、测试信息、用户信息、操作权限信息等，支持添加、删除、编辑、查看、导入和导出功能。

本发明可以基于Oracle数据库开发并采用客户端/服务器(C/S)架构，将产品信息、测试信息、遥测参数信息等维度创建索引，解决了数据散乱的问题，实现各类信息的灵活配置并提高查询速度。以数据的流向为前提，提炼并设计出数据分发缓存机制，提高单位时间的入库频率，满足数据局域网内的“高速入库、快速查询”的需求。分析经过地面试验验证成功的若干产品数据，获得所构成的数据范围(即成功包络)，将待分析产品数据与其进行比对，判定待分析产品数据是否落在成功包络范围内，得到待分析产品数据包络状况，评估产品是否满足执行任务能力，来辅助提高卫星导航接收机产品的质量。

本发明的优点在于：

(1)采用模块化体系结构设计，将系统细分成若干个模块，各功能模块之间保持一定的独立性，可以并行设计开发和升级，适应于导航终端各类平台产品，灵活配置，方便扩展。

(2)在数据存储时，充分分析数据收发特性，设计出数据分发缓存机制，提高单位时间的入库频率，适应数据局域网内的“高速入库、快速查询”的需求。首先，局域网络内的数据包，经过传输过程实际接收的数据包频度可能出现变化，本系统对数据包频度预先设置，设置数据包缓存的大小，对数据包予以缓存，以应对数据包在特定时间内激增的现象。其次，由于数据包存在编码，需要解码以获取原码+解码(物理量信息)等基本信息，所以在数据分发机制中设计有数据包协议的解读机制。第三，相同信息的聚合，能够满足数据高速查询的需求，所以对通过数据包协议层的数据进行聚合处理，以物理量类型为基本聚合单位，对数据进行聚合处理。最后，针对有效的测试数据进行抽点，保留其在时域上的特性，使大量的数据能够根据用户的需求，平滑、高效的展现给用户。

(3)采用成功数据包络分析方法对代表产品质量的特征量进行分析，首先将经过地面试验验证成功的若干产品数据累积迭代形成数据范围(即成功包络)，然后按照平台、型号、批次、同一单机等层面进行包络范围比对分析，得到不同维度的包络分析结果图，找出参数的离散、偏差情况，更系统、更直观的评估产品是否满足执行任务能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种导航终端设备的数据包络分析系统，其特征在于，所述数据包络分析系统包括：

配置层，用于配置所述数据包络分析系统的基本信息，所述基本信息包括产品信息、用户信息、测试信息、数据解析配置协议、数据分析算法和报告模板；

数据层，与所述配置层交互连接，所述数据层通过局域网与设备层交互数据，并根据所述配置层的配置将测试数据和遥测数据解析和预处理后存入数据库；

应用层，与所述数据层和所述数据层交互连接，所述应用层用于所述数据包络系统的查询测试和/或遥测数据、对数据进行分析和判读、按照产品信息的维度进行包络分析以及将测试和/或遥测数据绘制层曲线图并用于生成报告以及系统数据信息管理。

2.根据权利要求1所述的导航终端设备的数据包络分析系统，其特征在于，所述配置层包括产品信息模块、用户信息模块、测试信息模块、数据解码配置协议模块、分析算法模块和报告模板模块。

3.根据权利要求1所述的导航终端设备的数据包络分析系统，其特征在于，所述产品信息模块用于设置产品平台信息、产品型号信息、产品批次信息、产品测试参数信息和产品性能指标信息；

所述用户信息模块用于设置所有用户的登录账号信息，所述登陆账号信息包括姓名、用户名、登录密码、用户权限、所属项目组和用户创建日期；

所述测试信息模块用于设置测试设备信息、测试人员信息、测试产品信息、地面测试信息和资源文件信息；

所述数据解码配置协议模块用于设置源码配置信息、工程值参数信息、预处理方法、源码解析规则和解析公式；

所述分析算法模块用于设置用户需要的数据分析算法，可支持包括由MATLAB语言编写的M文件、由C#语言编写的动态链接库和由标准C/C++语言编写的动态链接库；

所述报告模板模块用于设置产品包络分析报告模板。

4.根据权利要求1所述的导航终端设备的数据包络分析系统，其特征在于，所述数据层包括数据通讯模块、数据预处理模块、数据解码模块和数据存储模块。

5.根据权利要求1所述的导航终端设备的数据包络分析系统，其特征在于，所述数据通讯模块被配置为采用UDP单播或者组播的形式接收所述设备层的数据；

所述数据预处理模块被配置为根据所述配置层中预置的数据解析配置协议从源码中按照配置好的预处理方法提取有效数据；

所述数据解码模块被配置为对所述数据预处理模块预处理后的数据按照源码解析规则获取卫星每个参数的源码数据，并根据所述解析公式将源码数据解析为对应的遥测工程值；

所述数据存储模块被配置为将所有数据和信息存入所述数据库。

6.根据权利要求1所述的导航终端设备的数据包络分析系统，其特征在于，所述应用层包括数据查询模块、数据分析模块、数据判读模块、产品包络分析模块、报告生成模块和数据信息管理模块。

7.根据权利要求1所述的导航终端设备的数据包络分析系统，其特征在于，所述数据查询模块被配置为根据自定义查询条件进行数据筛选，并将查询结果以曲线和列表两种形式显示和/或导出；

所述数据分析模块被配置为调用所述配置层的分析算法计算分析结果并显示在客户端界面中；

所述数据判读模块被配置为对产品参数的测试数据进行离线数学运算和分析，并按照用户预先设定的判读规则或算法提取符合算法的数据点，并进行显示和存储；

所述产品包络分析模块被配置为根据产品信息，按照平台、型号、批次、同一单机分别进行包络分析，并绘制成包络分析图，并在不同产品之间进行包络对比，分析不同产品之间的差异性，将分析结果以表格形式进行显示；

所述报告生成模块被配置为将包络分析的结果以及曲线图输出为产品包络分析报告，并自动填写报告中的各项内容；

所述数据信息管理模块被配置为管理系统的产品信息、测试信息、用户信息和操作权限信息，所述数据信息管理模块支持添加、删除、编辑、查看、导入和导出功能。

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