(中國人民解放軍91550部隊 41分隊，遼寧 大連 116018)

0 引言

遙測系統(tǒng)作為運載火箭系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分和關(guān)鍵系統(tǒng)，用于測量箭體飛行和測試過程中各系統(tǒng)的工作狀態(tài)參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)。歷次試驗的測量數(shù)據(jù)是評定火箭的性能和進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)、故障分析的重要基礎(chǔ)和依據(jù)，測量數(shù)據(jù)的處理尤為關(guān)鍵。

傳統(tǒng)模式下的遙測系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)處理效率較低，數(shù)據(jù)利用率不高。隨著火箭型號任務(wù)的不斷增多，各項試驗測量數(shù)據(jù)處理、判讀與管理的工作量劇增，同時，設(shè)計師系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理應(yīng)用的要求越來越高，對數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)管理與利用的需求越來越迫切，傳統(tǒng)模式的局限性日益突顯。

測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以模塊化、平臺化的思路進(jìn)行設(shè)計，以數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理為核心，以實時數(shù)據(jù)庫和事后數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，引入數(shù)據(jù)快速處理、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、數(shù)據(jù)共享與存儲等技術(shù)，構(gòu)建分布式的測量數(shù)據(jù)處理與綜合管理平臺。該系統(tǒng)能夠更加快速、全面、準(zhǔn)確地為運載火箭各參試系統(tǒng)提供測量數(shù)據(jù)，極大地提高了火箭測試效率，減少了系統(tǒng)測試時間和工作量。實例數(shù)據(jù)庫技術(shù)的引入，實現(xiàn)了歷次試驗測量數(shù)據(jù)的集中存儲和管理，有效降低了試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理的難度。系統(tǒng)的成功應(yīng)用，有效解決了傳統(tǒng)測量數(shù)據(jù)處理模式的局限性，提高數(shù)據(jù)利用率和數(shù)據(jù)判讀的準(zhǔn)確性，大幅提高系統(tǒng)測試效率，縮短了測試時間，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)在各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享的同時，也為數(shù)據(jù)的自動化判讀、數(shù)據(jù)深度挖掘和再利用奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)了運載火箭系統(tǒng)總體環(huán)境參數(shù)(緩變、速變)、模擬量、數(shù)字量、總線、串口、計算機(jī)字、指令、圖像及總線等所有類型遙測參數(shù)的實時處理、測量數(shù)據(jù)集中存儲與管理、測量數(shù)據(jù)判讀等幾大主要功能。系統(tǒng)目標(biāo)如下：

1)提高系統(tǒng)測試效率，減少系統(tǒng)測試時間和工作量，降低各項試驗測試成本；

2)實現(xiàn)歷次試驗測試數(shù)據(jù)的集中存儲和管理，便于數(shù)據(jù)比對，提高數(shù)據(jù)利用率；

3)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效分析，提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性；

4)實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)在各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享，為自動化判讀和數(shù)據(jù)挖掘再利用奠定基礎(chǔ)。

為實現(xiàn)上述系統(tǒng)目標(biāo)，系統(tǒng)以數(shù)據(jù)處理和管理為核心，以實時數(shù)據(jù)庫和事后數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，引入數(shù)據(jù)快速處理、網(wǎng)絡(luò)實時發(fā)布、數(shù)據(jù)集中存儲等技術(shù)，利用網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享，構(gòu)建分布式的靈活可擴(kuò)展的測量數(shù)據(jù)處理服務(wù)平臺，為各級用戶提供方便快捷的數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 總體架構(gòu)和工作原理

測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以軟件工程化角度考慮系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計，注重可靠性、可維護(hù)性和可測試性。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計思想如下。

2.1 通用系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為中心，采用面向?qū)ο蟮姆椒ń⒁粋€通用的系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)和各類信息的集中存儲，通過連接數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、表現(xiàn)、瀏覽、判讀等功能。

2.2 模塊化的軟件結(jié)構(gòu)

測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各個程序相互獨立，又共享統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口。各個程序獨立開發(fā)、測試，根據(jù)不同的使用需求，搭建滿足不同使用要求的應(yīng)用。未來有新的需求時，可以單獨修改相應(yīng)的模塊或者開發(fā)新的模塊，來適應(yīng)和滿足使用需求。

2.3 服務(wù)器端與客戶端軟件架構(gòu)

開發(fā)服務(wù)器核心管理軟件以及客戶端用戶界面軟件，服務(wù)器端軟件實現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理軟件的接口，實現(xiàn)測量參數(shù)實時入庫。客戶端軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的查詢和顯示、判讀功能，通過連接測量數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，對統(tǒng)一存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的歷次試驗信息、數(shù)據(jù)、參數(shù)處理結(jié)果等進(jìn)行讀取、瀏覽和判讀等。

2.4 參數(shù)可配置化設(shè)計

采用參數(shù)化設(shè)計方法，軟件運行所需要的參數(shù)信息以配置文件的方式保存，程序啟動時，讀取配置文件中的參數(shù)信息。當(dāng)運行環(huán)境和處理要求發(fā)生改變時，只需修改配置文件中的配置項就可以滿足要求，避免頻繁對軟件進(jìn)行修改。

2.5 參數(shù)信息的數(shù)據(jù)庫管理

測量系統(tǒng)參數(shù)信息以數(shù)據(jù)庫表的格式進(jìn)行存儲和管理，并提供專門的參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理程序完成各類參數(shù)信息的裝訂、查詢和管理，提高系統(tǒng)的通用性。

根據(jù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，對系統(tǒng)主要功能塊進(jìn)行了劃分，系統(tǒng)功能劃分原則如下：

1)功能獨立原則，即綜合考慮功能的獨立性、部署位置等；

2)便于管理原則，即綜合考慮質(zhì)量及配置管理成本、軟件設(shè)計約束等；

3)產(chǎn)品化原則，基于通用化考慮進(jìn)行設(shè)計。

依據(jù)上述原則，系統(tǒng)主要劃分為測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和測量數(shù)據(jù)判讀管理系統(tǒng)兩大功能塊。測量數(shù)據(jù)處理功能是該系統(tǒng)的核心模塊，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)，以測量數(shù)據(jù)庫為核心，以數(shù)據(jù)的快速處理與分析、網(wǎng)絡(luò)共享、信息化存儲為特征，基于C/S模式構(gòu)建，完成對實時數(shù)據(jù)庫、各類數(shù)據(jù)及各個模塊的控制及調(diào)度功能。測量數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的查詢和實例庫的管理、系統(tǒng)的校驗進(jìn)入、數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)管理、用戶管理、實例導(dǎo)入備份、日志管理等。系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)硬件主要由兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、兩臺數(shù)據(jù)處理與發(fā)布工作站和多臺數(shù)據(jù)瀏覽終端組成。其中，遙測數(shù)據(jù)源為無線接收或存儲的測量數(shù)據(jù)原碼輸入。數(shù)據(jù)處理與發(fā)布工作站將從網(wǎng)絡(luò)接收到的測量原碼數(shù)據(jù)存入測量共享內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，通過消息機(jī)制通知測量數(shù)據(jù)實時處理程序，數(shù)據(jù)實時處理程序從共享內(nèi)存數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)原碼，并通過數(shù)據(jù)處理管理程序從實時數(shù)據(jù)庫獲取參數(shù)信息，調(diào)用各類型參數(shù)數(shù)據(jù)處理程序分別對原碼數(shù)據(jù)進(jìn)行逐幀處理，根據(jù)測量參數(shù)庫的裝訂公式，通過不同的數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換算法，完成對試驗各類型測量參數(shù)的挑路和源碼處理轉(zhuǎn)換，得到數(shù)據(jù)處理結(jié)果，實現(xiàn)原碼數(shù)據(jù)實時處理，將處理后的結(jié)果存儲于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中，利用實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，批量導(dǎo)入到試驗數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中，同時將參數(shù)值按照約定的接口關(guān)系發(fā)送至各瀏覽終端，為用戶提供實時查看、查詢測量數(shù)據(jù)處理結(jié)果的功能。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器安裝關(guān)系數(shù)據(jù)庫，用來存放各發(fā)次試驗的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲與管理，該數(shù)據(jù)庫是存儲數(shù)據(jù)的載體，所有的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理與發(fā)布工作站均采用雙機(jī)熱備份的方式，避免單點故障，提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)瀏覽終端運行測量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，該客戶端軟件提供給用戶管理數(shù)據(jù)庫的界面，用戶通過界面可以進(jìn)行各項數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)管理操作，通過連接訪問數(shù)據(jù)處理與發(fā)布工作站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的實時瀏覽監(jiān)測、數(shù)據(jù)判讀分析和綜合管理等功能。同一發(fā)次試驗的不同參數(shù)及不同發(fā)次試驗的測試數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)均可實現(xiàn)橫向比對分析，通過參數(shù)判據(jù)的錄入，系統(tǒng)可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的自動化判讀，極大減少數(shù)據(jù)分析的工作量，提高數(shù)據(jù)判讀的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)瀏覽終端的數(shù)量根據(jù)數(shù)據(jù)分析和瀏覽的用戶數(shù)決定。

測量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)由三大部分組成：數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器端存儲過程和客戶端軟件。數(shù)據(jù)庫是存儲數(shù)據(jù)的載體，所有的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。服務(wù)器端存儲過程完成實例庫的創(chuàng)建、數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的入庫，為客戶端軟件提供數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)?？蛻舳塑浖峁┯脩艄芾頂?shù)據(jù)庫的界面，用戶通過界面可以瀏覽數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、判讀數(shù)據(jù)、管理實例庫、管理日志、管理用戶、管理試驗、導(dǎo)入原碼、備份和恢復(fù)試驗實例、打印和下載數(shù)據(jù)、生成測試報告。測量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

圖3 測量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

為了方便用戶實時查看測量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)WEB服務(wù)器程序和相關(guān)網(wǎng)頁、控件，WEB服務(wù)器程序響應(yīng)來自用戶的查詢請求，把相關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送至瀏覽器，瀏覽器使用嵌入在網(wǎng)頁中的顯示控件，完成對各類數(shù)據(jù)的推送功能。用戶只需要在聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)終端使用瀏覽器訪問WEB服務(wù)器，就可以查看各類數(shù)據(jù)信息，而不用在計算機(jī)上安裝專用軟件。

3 關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)試驗測試需要，全部試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果要存儲在測量關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，而傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)沒有考慮數(shù)據(jù)的準(zhǔn)實時存儲問題。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，試驗結(jié)果寫入關(guān)系數(shù)據(jù)庫時，寫入速度不能滿足實際要求。數(shù)據(jù)處理結(jié)果寫入關(guān)系數(shù)據(jù)庫的速度只能達(dá)到15次/秒左右，比設(shè)定的數(shù)據(jù)原碼幀發(fā)送速度要慢，無法實現(xiàn)實時入庫。經(jīng)過分析，問題原因為傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫不是為滿足實時要求而設(shè)計的，數(shù)據(jù)寫入性能不高，插入一條數(shù)據(jù)記錄時，記錄的字段越多，耗費的時間越多。一條一條的插入數(shù)據(jù)而不使用批量插入技術(shù)的情況下，數(shù)據(jù)寫入速度慢。通過采用動態(tài)創(chuàng)建測試數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)技術(shù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)記錄批處理技術(shù)，較好地解決了這個問題。具體方法是：以字符串的形式把測試結(jié)果依次保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的臨時表中，數(shù)據(jù)記錄達(dá)到一定的數(shù)量時，把臨時表的結(jié)果使用批量導(dǎo)出技術(shù)，輸出到磁盤上的一個文件，然后對輸出文件使用批量導(dǎo)入技術(shù)插入到結(jié)果表。經(jīng)測試，通過采用該方法，數(shù)據(jù)結(jié)果寫入速度基本達(dá)到預(yù)期速度。

要實時對遙測原碼數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理，得到所有遙測參數(shù)的測量值，就要求具有快速、穩(wěn)定、可靠的參數(shù)值保存和查詢的技術(shù)。通過應(yīng)用實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，很好地滿足了系統(tǒng)的實時性要求。eXtremeDB是一款內(nèi)存嵌入式實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以其高性能、低開銷、穩(wěn)定可靠的極速實時數(shù)據(jù)管理能力在數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域及服務(wù)器實時數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。該數(shù)據(jù)庫適用于各種需要高性能、小尺寸、緊密存儲、零內(nèi)存分配或幾種屬性兼有的應(yīng)用領(lǐng)域，能為各種平臺、操縱系統(tǒng)下各類應(yīng)用程序提供高性能和可靠性。eXtremeDB有幾點特性：保持極小的必要堆空間：在某些配置上eXtremeDB只需要不到1K的堆空間；不同于普通數(shù)據(jù)庫，eXtremeDB與目的程序一同編譯，不單獨成為與目的程序通訊的獨立進(jìn)程，使用內(nèi)部API，性能大幅提升；通過緊密的集成持久存儲和宿主應(yīng)用程序語言消除額外的代碼層。通常目標(biāo)應(yīng)用程序使用大量小規(guī)模的數(shù)據(jù)庫操作而非大數(shù)據(jù)量的操作，這意味著通過指向?qū)ο蟮闹羔樆蛞脕韽膶ο笾蝎@得數(shù)據(jù)的操作必須非常迅速快捷，否則額外開銷(例如發(fā)送一個消息的開銷)會高得讓人無法接受。eXtremeDB的數(shù)據(jù)存取方法使得對持久對象的引用能夠和引用臨時數(shù)據(jù)一樣快速。作為面向?qū)崟r數(shù)據(jù)管理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，eXtremeDB通過以下措施提高其實時性能：

1)根據(jù)用戶數(shù)據(jù)特征生成API；

2)數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中，不基于任何文件系統(tǒng)，取消了文件I/O操作的開銷；

3)省略了Cache開銷；

4)由于不基于文件系統(tǒng)，系統(tǒng)優(yōu)化不再以減少文件訪問為目的，而是以減少CPU開銷為目的，因此是更高層次的優(yōu)化。

如同實時操作系統(tǒng)一樣，交易賦予優(yōu)先級，保證關(guān)鍵交易的實時性。采用實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)后，保證了數(shù)據(jù)出入庫的吞吐率，系統(tǒng)能夠快速穩(wěn)定地完成參數(shù)值的保存和獲取。

4 系統(tǒng)的應(yīng)用

測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)了面向全運載火箭系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與信息服務(wù)平臺。相比于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件，該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理實時性、數(shù)據(jù)判讀智能化以及可擴(kuò)展性方面做了大幅改進(jìn)、完善和提高，能夠完成對多種數(shù)據(jù)類型參數(shù)的實時處理、實時發(fā)送、多方式解析和自動化判讀，適用于運載火箭測量系統(tǒng)綜合試驗、匹配試驗、總檢查和火箭發(fā)射等各個階段。該系統(tǒng)在運載火箭型號測試中的應(yīng)用極大地提高了系統(tǒng)測試效率，減少了系統(tǒng)測試時間和工作量，降低了測試成本，同時有利于提高測量系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的利用率和數(shù)據(jù)判讀的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)將對運載火箭測試技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用，具有顯著的應(yīng)用價值、經(jīng)濟(jì)價值和社會效益。