基于LabVIEW的试飞数据快速处理软件设计与实现

摘 要：飞行试验任务进入了一个信息化时期，数据量激增、数据类型多样化对飞行数据处理效率提出了更高的要求。设计了基于LabVIEW的一套应用于飞行试验数据快速处理的软件，该软件包含有实时数据监控和记录、事后数据处理与分析等功能，事后数据又能通过时域分析、频域分析来观察和分析数据，还能通过滤波器剔出跳点和干扰。该软件满足了飞行试验数据处理和分析的需求，具有良好的实用性和发展前景。

关键词：LabVIEW； 飞行试验； 快速处理； 实时数据监控

中图分类号：TN9834 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2012)10017203

飞行试验任务进入了一个信息化时代，数据量激增，某些型号在实时监控的同时或者实时飞行的间歇需要对上一架次飞行数据迅速做出分析和判断，以决定下一飞行架次的执行，这时就要求在实时监控的同时可以处理和分析数据，以提高飞行试验的效率。现有软件版本功能不全面，算法不透明，维护比较麻烦，软件界面不够美观，便捷，处理效率比较低，无法满足现阶段飞行试验的要求。LabVIEW是一个工业标准的图形化开发环境，它结合了图形化编程方式的高性能与灵活性，以及专门为测试与自动化控制应用设计的高端性能与配置功能，能为数据采集、仪器控制、测量分析与数据显示等各种应用提供必要的开发工具，使用户能够快速编写出功能强大的应用程序［1］。基于实际应用的需求，以及LabVIEW的优点和特性，本文设计了基于LabVIEW的飞行试验数据快速处理软件，其界面清晰美观，操作灵活简单，功能丰富，可根据需要更新和增添新的功能，能较好地满足现阶段飞行试验数据处理与分析的要求。

1 飞行试验实时数据处理系统结构

飞行试验实时数据处理系统的结构如图1所示，可分为遥测天线、接收装置、服务器和客户端四部分。

图1 系统结构图一般情况，飞机通过机载的遥测天线发射无线遥测信号，地面接收装置接收飞机发射的无线遥测信号，将其解调后送往服务器，服务器经过处理送往客户端，这时监控人员一方面可以在客户端实时观察飞机性能、位置等信息，另一方面还可以对客户端记录的数据进行快速处理和分析，以提高决策速度和飞行试验的效率。该软件主要是针对客户端上位机进行飞行试验数据快速处理的需要而研究开发的，所以应用于飞行试验实时数据处理系统的客户端。

2 软件设计

2.1 软件的总体设计思路与功能

在飞行试验时，工作人员在实时监控的同时或者实时飞行的间歇需要对上一架次飞行数据迅速做出分析和判断，以决定下一飞行架次执行的要求。本文设计了数据快速处理软件，在形式上该软件将实时和事后处理综合起来，以便工作人员在两者之间可以简单切换，而不至于像以前一样因为软件位置分散找不到而手忙脚乱；在内容上该软件一方面继承原有软件的优点，另一方面增加更多功能，通用性更强。基于LabVIEW的飞行试验数据快速处理软件从界面、功能、应用等方面做了新的设计，以提高飞行试验的效率。其主界面如图2所示。界面上部为连接各个功能模块的操作按键，中间部分为飞行试验原始数据显示，下部为数据分析后的结果，整个软件设计美观、实用、易于操作。

图2 主界面基于LabVIEW的飞行试验数据快速处理软件的功能模块如图3所示。

图3 软件功能模块图2.2 各模块的功能与实现

基于LabVIEW的飞行试验数据快速处理软件按处理时间可分为实时数据监控与记录和事后数据处理与分析两大部分：

（1） 实时数据监控与记录，顾名思义，既有实时数据监控又有数据记录功能。其作用是一方面满足实时监控的需求，另一方面可以使用户在需要的时间开始记录对应的数据，使数据不再冗长，记录格式也改成二进制格式记录，提高了处理分析数据的效率。基于LabVIEW的飞行试验数据快速处理软件是针对客户端开发的，而它与服务器之间采用的是客户/服务器模式的网络应用，因此选用支持计算机之间传输数据的UDP（User Datapram Protocol）协议使客户端从服务器获取相关数据。UDP主要作用是将网络数据流量压缩成数据报的形式，一个定型的数据报就是一个二进制数据的传输单位，每一个数据报的前8 B用来包含包头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。UDP协议属于连接型协议，具有资源消耗小，处理速度快的优点，即使偶尔丢失一两个数据报，也不会对接收结果产生太大影响。具体实现方法是，首先用TCP读、写VI，打开一个TCP网络连接到指定的地址和端口，从中根据参数列表读取参数，然后进行二次计算使其输出到用户界面。当数据需要记录时，选择保存路径，点击开始记录按钮，运用Write To SGL File.vi将数据以二进制格式存储。

（2） 事后数据处理按功能分为信号的时域分析、信号的频域分析和信号的滤波分析。这是对信号进行分析的三个不同角度和侧面，它们都可以反映信号的一些特征，在实际应用中往往这三种分析方式都是必需的。具体实现方法是，首先选择要处理的数据，Read From SGL File.vi来实现该功能，并将其显示在原始数据显示图表中，然后通过菜单栏选择需要的分析处理功能，主界面的数据分析结果也将相应的切换到该功能项。LabVIEW软件中将一些经典算法做成子VI模块，以供用户直接调用，分别通过Averaged DCRMS.vi，Amplitude and Levels.vi，FFT Power Spectrum.vi，FFT Power Spectral Density.vi，FFT Spectrum.vi，Butterworth Filter.vi，Chebyshev Filter.vi和Bessel Filter.vi等算法直接调用，继而省略了算法的具体编程，却还能实现平均值、均方差、幅值、极大值、极小值、快速傅里叶变换功率谱、快速傅里叶变换密度谱、快速傅里叶变换幅值相位谱、快速傅里叶变换实部虚部谱、巴特沃夫滤波器、切比雪夫滤波器和贝塞尔滤波器，比起其他传统编程方法省时省力很多。图形界面还可以根据需要放大缩小、平移和调节参数。实现带通范围、滤波器的类型选择等功能。

3 软件应用

下面以理想的正弦波和带有白噪声的正弦波为输入对软件进行试验。基于LabVIEW的飞行试验数据快速处理软件应用情况如下。

图4所示为基于LabVIEW的飞行试验数据处理与分析软件的记录与显示模块功能。右边部分是实时监控部分，把重要的参数显示出来；左边部分为数据保存，当用户需要某一段飞行数据时，可点击按钮开始记录，并保存在自己熟悉或整理好的目录下。该模块一方面满足实时监控的需求，另一方面可以使用户在需要的时间开始记录对应的数据，使数据不再因为冗长而占用大量资源，处理分析时也更方便快捷。

图4 记录与显示 图5中，(a)是时域分析前的原始输入数据，经过基于LabVIEW的飞行试验数据快速处理软件计算后；(b)可以清晰地得到的(a)的平均值和均方差数据；(c)则表示了(a)数据的幅值、极大值和极小值。

图5 时域分析图6中，(a)表示在未经过快速傅里叶变换前的原始输入数据，经过基于LabVIEW的飞行试验数据处理与分析软件的计算后，(b)则分别表示了快速傅里叶变换功率谱、快速傅里叶变换密度谱、快速傅里叶变换幅值相位谱和快速傅里叶变换实部虚部谱。

图6 频域分析图7(a)为加入白噪声的正弦波，将其作为原始输入数据，经过基于LabVIEW的飞行试验数据处理与分析软件的计算后，图7(b)为三种滤波器效果图，其中三种滤波器均选择了低通滤波、1 Hz的采样率和高通0.45 Hz，低通0.125 0 Hz的带通范围。其中，巴特沃斯滤波器的通频带的频率响应曲线最平滑。切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特性不如后者平坦。切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但是在通频带内存在幅度波动。贝塞尔滤波器具有最平坦的幅度和相位响应。

图7 滤波器总之，基于LabVIEW的飞行试验数据快速处理软件开发了数据实时记录和采集模块、事后数据处理和分析模块，事后数据分析模块又能从时域分析、频域分析对数据进行分析，还能通过滤波器剔出跳点，降低噪声。与以往此类软件相比，本文开发的基于LabVIEW的飞行试验数据处理与分析软件优点较多。自主研发，开发费用低；LabVIEW软件中可通用性函数使用方便，缩短开发周期；涉及实时、事后、时域、频域、滤波等，功能较全面；菜单选择，操作简单、便捷；选择性记录，占用系统资源少，有利于提高数据处理效率；通用性较强。经过试验证明使用情况良好，具有较好的应用前景。

4 结 语

本文主要设计了基于LabVIEW的飞行试验数据快速处理软件，充分发挥了图形化编程软件方便、高效的优点，试验结果满足现阶段飞行试验数据处理与分析的需求。基于LabVIEW的飞行试验数据快速处理软件还可以在某些功能特性上有更深入的探讨和挖掘，也可以将其推广到其他领域的应用中，具有很好的实用性和发展前景。

参 考 文 献

［1］ 王磊,陶梅.精通LabVIEW［M］.北京:电子工业出版社,2007.

［2］ 李光亚.基于LabVIEW的模拟实验数据采集与处理系统开发［J］.电子测试,2008(1):5256.

［3］ 任丽丽,张志杰.基于LabVIEW的串口数据采集系统［J］.微计算机信息,2008,24(7):5657.

［4］ 刘太阳,王仕成,刘志国.基于LabVIEW RT的数据实时传输系统［J］.计算机测量与控制,2008(2):270272.

［5］ 赵冬梅,王雅萍,江涌,等.基于LabVIEW和小波分析理论数据采集与处理系统研究［J］.传感器世界，2007(4):4143.

［6］ 柴敬安,廖克俭,张红朋,等.LabVIEW环境下的虚拟数据采集与分析系统［J］.自动化仪表，2007(z1):180181.2012年5月15日第35卷第10期

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