导弹测试数据分析与处理

2018-12-29杨立安

舰船电子对抗 2018年5期

仲超，王茜，杨雷，杨立安，张冬

(1.空军勤务学院，江苏徐州 221000； 2.解放军驻中国空空导弹研究院军事代表室，河南洛阳 471000；3.解放军94906部队，江苏苏州215000)

0 引言

数据分析与处理[1]是数据测试的重要环节，对数据进行分析与处理能确保数据的无差异性和非偶然性。一般数据的分析与处理包括标度变换、数字滤波、剔除奇异项、剔除趋势项和平滑处理。在部队，导弹测试数据的分析与处理在导弹测试中占据重要地位，其分析与处理主要包括量纲消除、剔除奇异项和剔除差异项，分析与处理后的数据经D9接口输入计算机，进行下一步处理。

国内外研究学者针对数据分析与处理这一课题有较深入的研究，Fayyad U在其著作《Advances in Knowledge Discovery and Data Mining》中讲明数据变换的聚集过程，提出几种聚集方法。G.J.Williams在其著作《Modeling the KDD Process》中指出数据分析与处理是知识发现(KDD)的重要组成，并详细阐述了数据清洗问题。我国专家刘乃琦在其著作《IBM-PC混合语言编程技术》中根据数据分析与处理过程提出几个编程方法并给出实例。本文依据国内外研究成果，针对某型导弹的测试流程，设计分析与处理模块，完成其测试数据的分析与处理工作。

1 总体设计

导弹数据的测试存在偶然性，一般测试时，某些参数会多次测量。参数包括电压、电流、时间和频率等复杂类别，每个参数对应的一组测量值也可能存在奇异项和趋势项[2]。

针对这些情况，需先对参数进行无量纲化，然后剔除参数中的奇异项和趋势项，最终取剔除后每组数据的平均值作为对应参数的实测值。

本文使用Multisim14设计分析与处理模块电路，使用Matlab调试分析与处理程序，调试合格后可经emlc命令转化为C语言后烧入单片机，实现对数据的分析与处理，本文主要根据原理分析和设计电路，对分析与处理效果进行仿真。

2 硬件设计及原理分析

2.1 电路设计

从导弹传入的信号一般在10-3数量级，单片机无法识别，因此需要对信号放大，信号放大电路如图1所示。

图1 信号放大电路

图中V1和V2是差动放大器[3]同相输入端，V3是差动跟随器输出端，其增益近似为1。差动放大器放大倍数为：

(1)

差动放大器使用3288 RT，此型号放大器漂移小、输入阻抗高、共模抑制比高，适合微小信号输出时使用，还可用做电压比较器，功能较为强大。

模拟信号输入后需经模/数(A/D)转换器，然后输入单片机中，A/D转换器外部连接电路如图2所示。

图2 A/D转换器外部连接电路

IN为数据输入端，A/D转换器D0～D7引脚经总线输入至单片机中，外接的3个与门与内置转换电路实现模数转换功能，ADDA、ADDB和ADDC是模数转换区引脚，一般接地。

2.2 原理分析

采集参数主要为电压和电流信号，电压和电流数据需要进行量纲变换，将有量纲量转化为无量纲量，这里采用Z标准化[4]的方法，量纲消除公式为：

(2)

(3)

误差限W根据采集系统特征确定。检测出奇异项后，用预测值代替，若有连续2个或以上奇异点出现，则先判断是否满足下式：

(4)

经验证明，K值一般取5，若满足式(3)，则不剔除，若满足下式：

(5)

ωn=1+0.4ln(n)

(6)

如果测量值与平均值之差绝对值大于标准偏差与肖维勒系数[5]之积，则该测量值被剔除，即：

(7)

(8)

误差平方和E(b)的表达式为：

(9)

因为bm(1≤m≤M)总为正数，所以E(b)对bl求偏导，使其为零，即：

(10)

式(10)可产生M+1个如下方程：

(11)

根据N个待处理的xk，可得到(M+1)个bm值，式(9)实际是(M+1)元线性方程组。根据经验，一般M的值在3以内，当M=1时，由式(9)可得以下联立方程组：

(12)

再联合下式：

(13)

最终解式(9)可得：

(14)

3 过程仿真

由于导弹某些参数测试时需进行多次测量，因此某些参数对应的初始值并不是1个单值，而是1组数。这组数若存在奇异项和趋势项，则需剔除并替换。

3.1 奇异项处理

以该型导弹引信起爆需要的多个多普勒脉冲为例，采样值为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为奇异项，此项数据保存在“参数n.dat”文件中。程序调试可得如图3所示结果。