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一种飞行试验数据预处理软件设计方法
摘 要：为方便专业技术人员高效的进行试验数据分析,需提前对所有飞行相关的数据进行预处理,以获得有效的、时间统一的、平滑的、融合后的数据.本文研究了数据挖掘和数据预处理中的关键技术,并结合某飞行试验开发了相应的数据预处理软件,经测试、使用,验证了软件设计方法的可行性.
关键词：数据预处理；数据挖掘；多项式插值算法；软件开发
一、前言
在飞行试验中,机上记录盒子、遥测记录设备或者外弹道测量装置分别从不同角度记录下某大型试验数据,均具有很大价值.为了相关科研人员能有效的、快速的分析数据,需要开发一款数据预处理软件,从这些数据中挖掘有价值的数并对数据中的野点、孤点、空缺值等进行处理,此外还要对不同数据的时钟进行统一,再进行数据集成融合.
二、数据预处理技术研究
目前已有大量的数据预处理技术文献[1],本软件开发时结合数据特点和实际使用需求选取如下技术.
(一)时钟统一
虽然不同的数据记录设备,都需要具备卫星统一授时,确保时钟源的统一.但由于记录起始时间、记录周期的不同,也需要对数据的记录时间进行统一化.如A 设备记录周期20ms,B 设备记录周期500ms,在进行A、B 数据融合前,需要对B数据进行线性递推或插值的方法使其与A 数据具有相同的起始时间和同等的周期,或者反之A 向B 靠拢.
(二) 噪声数据处理
噪声是一个测量变量中的随机误差或偏差,噪声处理就是剔除数据中的野点、孤点.其常用的处理方法有：分箱、聚类、人工检查、回归等.本方案中选取分箱方法：通过考察周围一段时间数据的值来平滑存储数据的值,其中涉及到的噪声判别门限需要根据经验进行调整,防止剔除有效数据.
(三)空缺值的处理
空缺值的处理,对于一两个时间点的空缺采用分段多项式插值的方法进行填补；对于连续空缺进行无效数据填补,提醒数据分析人员查找原因.
(四)数据融合
数据融合即将多个数据存储文件合并成一个数据文件,并统一时间记录周期.时钟统一技术参考（一）,而冗余数据需要采用属性检测方法将重复属性的冗余数据删除,但还需要注意不同传感器记录数据的角度不同.如飞机的速度既有载机记录设备的Vz,也有外弹道测量数据的Vc?,需要从数据使用人员角度考虑是否都留下还是采用属性检测手段删除一组数据.
三、数据预处理软件开发
(一)软件需求分析
数据预处理软件主要具备的功能就是将原始记录的多组数据,通过时钟统一化、去噪声、填补空缺值等手段获得具有分析价值的融合数据.具体功能包括：人机界面显示、大文件数据读取/ 分析、数据平滑功能（分段多项式插值算法）、冗余数据删除（属性检测算法）、数据融合.
(二) 软件方案设计
软件组成模块如图1 所示；软件流程如图2 所示.
（三）关键技术分段多项式插值算法：对于数据噪声和空缺值的处理,均需要采用分段多项式插值算法.具体算法：假设需要校准的时间点为t ,相邻的两个时间点为1 t 和2 t ,分别对应的测量值为1 z 和2 z ,那么t时刻的值z 的计算方法：
四、测试
假设某次试验中,机上记录数据D1,包含位置经纬高、北西天速度,记录周期20ms、时长1h；遥测记录数据D2,包含位置经纬高、东北天速度,记录周期100ms、时长30min；外弹道测量数据D3,包含位置经纬高、北西天速度,记录周期500ms、时长20min.通过数据预处理,形成时钟统一、坐标系统一的融合数据D4,D4 记录周期20ms、时长30min,以供专业人员进行使用[2].
五、结语
本项目开发的数据预处理软件,实现了让专业技术人员从繁杂的数据预处理工作中解脱出来.但是本软件还有一定的局限性,在后续工作中需进一步提升软件的通用性,使得用户可以在不同类型试验或使用场景中都可以应用该数据预处理软件.
参考文献
[1] 孔钦, 叶长青, 孙赟. 大数据下数据预处理方法研究[J]. 计算机技术与发展, 2018 (2): 1-4.
[2] 韩先平. 外弹道测量数据中“隐蔽性”野值处理方法研究[J]. 航空兵器,2008(4): 30-33.
（作者单位：中国空空导弹研究院）
飞行试验论文范文结:
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