终端显示软件毕业设计论文.docx
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1、 毕业设计(论文)报告纸面向地面测试的终端显示软件设计与开发姓 名缪 彬学 号 2008011404专 业机械工程及自动化指导教师 张丹南京航空航天大学金城学院机电工程系二一二年六月摘要在卫星姿态与轨道分系统地面综合测试试验中,终端显示软件是保证地面测试顺利进行的必要环节。终端显示软件的主要任务是通过网络接收中心机系统传送来的数据,并将其转化为图像、图形、曲线、字符等方式的信息提供给使用者。该软件具有显示内容丰富,画面数量大,具备三维仿真显示能力,并且具有实时、可靠、交互性强、界面友好、操作简单等特点。论文的主要工作如下:(1)软件功能模块与总体结构的设计。研究卫星姿轨控分系统地面试验的流程及
2、测试需求,设计测试软件系统的功能模块与总体结构。(2)软件通用性、灵活性与可扩展性研究。将终端显示软件划分为多个功能相对独立的模块,并分析各个模块的实际任务与扩展性需求。(3)标准数据包的接收与解码研究。针对标准数据包格式设计其接收与解码流程,以及解码配置文件的具体定义。(4)历史数据回放研究。设计数据回放的控制机制以及具体的控制指令、配置文件集和数据回放流程。(5)数据显示研究。根据数据显示的具体需求,研究不同显示形式的具体实现方法。关键词:地面测试,终端显示,数据可视化,数据回放,模块化目录第一章 绪 论1.1研究背景与课题的来源1.2研究意义及内容1.2.1研究意义1.2.2研究内容1.
3、3国内外关于数据可视化的研究现状第二章 终端显示软件总体设计2.1 终端显示软件需求分析2.1.1 软件设计需求2.1.2 软件设计目标2.2软件总体设计 2.2.1设计原则2.2.2软件功能模块划分2.3涉及的关键技术第三章 关键技术研究3.1终端显示软件功能模块与总体结构的设计3.2配置文件集3.2.1.界面信息配置文件集3.2.2.数据处理配置文件集3.3标准数据包的接收与解码3.3.1解码协议配置文件集3.3.2接收与解码流程3.4历史数据回放3.4.1.数据回放需求3.4.2.数据回放结构与控制流程3.4.3.控制指令设计3.4.4.控制指令配置文件集3.5数据可视化3.5.1数据显
4、示的实现流程3.5.2数据显示类的设计第四章 原型软件的开发与实现4.1开发工具及开发环境4.2终端显示软件功能的实现第五章 总结与展望5.1全文总结5.2工作展望毕业设计总结与致谢参考文献图表清单图2.1 软件模块实现层次图 3.1 TCP接收方式图 3.2 UDP接收方式图 3.3数据保存界面图 3.4变量选取图 3.5数据的实时曲线显示图 3.6曲线显示中的鼠标键功能图 3.7曲线参数设置图 3.8修改曲线的各种属性图 3.9载入已保存的曲线属性配置文件图 3.10保存曲线为图片图3.11数据实时数值显示图3.12选择曲线显示的离线数据图3.13选择数值显示的离线数据图 3.14数据实时
5、二元曲线显示图 3.15实时窗口保存图 3.16载入实时窗口图3.17系统层次划分图3.18 INI文件格式图3.19 数据处理配置文件结构图3.20 Excel文件集与内存数据处理协议的对应转化关系图3.21 标准数据包的接收与解码流程图3.22 数据回放流程图3.23数据显示实现流程图3.24数据显示类的继承关系图4. 1 终端显示软件配置信息读取界面图4. 2 终端显示软件主界面图4. 3 TCP网络连接设置界面图4. 4 UDP网络连接设置界面图4. 5 时间曲线显示界面图4. 6 曲线显示参数设置界面图4. 7 列表显示界面图4. 8 数据回放控制面板界面表 2.1 软件实现关键技术
6、表3.1 数值类型表3.2 查询指令定义表3.3 查询指令类型表3.4 时间类型表3.5 操作指令定义表3.6 操作指令类型表3.7 控制指令配置文件“Command.xls”的格式定义表4. 1 系统开发环境与开发工具第一章 绪论1.1 研究背景与课题来源自1957年10月4日,世界上第一颗人造卫星进入太空以来,随着空间技术的不断发展,航天技术已经广泛应用于国民经济、军事、科学研究和社会生活的众多部门,产生了重大而深远的影响。截至2003年底,世界各国和组织共成功发射了5635个航天器,其中90%是各类人造卫星,人造卫星是人类目前探索。开发和利用太空的最重要工具,研制和发射人造卫星是世界各国
7、航天活动的主要内容。 卫星是由多个分系统组成的整体,由于对发生故障的卫星进行在轨修复十分困难,卫星在太空中发生任何故障都可能造成灾难性的影响,因此为了及时发现并消除卫星上存在的各种故障和隐患,在卫星发射前通过地面测试试验对卫星的各项性能指标进行检验十分重要。随着计算机和标准接口在卫星测试中的广泛使用,测试软件就成了测试系统必不可少的重要组成部分。卫星测试通常分为单元级测试、分系统测试和整星测试,在实际的卫星测试工作中往往需要根据具体不同的测试阶段、测试任务和目的开发相应的测试软件,这样做就会形成多种多样的功能类似又不能通用的测试软件,因此如能设计一种通用的或者容易扩展的测试软件将极大的降低开发
8、成本,减少对测试操作人员培训的工作量,并且在测试工作的不同阶段都能得到一致性良好的测试数据。其中由于卫星姿态与轨道分系统地面综合测试时,涉及数十个单机以及数百个测试信号,测试操作人员通常根据这些测试参数的试验数值对控制系统进行实时监控与状态判断,数据的采集、解析的正确与否以及数据的可视化程度的好坏都直接影响到测试人员的判断。因此有必要开发一套数据可视化程度好,满足需求的终端显示软件。本文将以某型号卫星姿态与轨道控制分系统的地面试验为背景,在与某航天研究所的合作项目的支持下,进行面向地面测试的终端显示软件设计与开发的研究工作。1.2 研究意义及内容1.2.1 研究意义本课题针对某型号卫星姿轨控分
9、系统研制过程中的实际需求,设计并实现一套卫星姿轨控分系统地面综合测试的软件,并应用于实际的卫星研制过程中,为卫星的实时仿真、半物理仿真以及整星试验提供技术支持,保障卫星设计项目的顺利进行。因此,开展卫星姿轨控分系统地面终端显示测试软件的研究与设计对于提高卫星测试效率,缩短研制周期,保证卫星可靠性与使用寿命具有非常重要的意义,在卫星的研制过程中具有重要的实用价值。终端显示测试软件最重要的作用就是实时监测卫星各系统运行正确与否.1.2.2 研究内容本文以某型号卫星姿态与轨道分系统地面试验为背景,在调研其实际的具体试验需求的基础上,设计终端显示测试软件的各个功能模块与总体结构,研究软件系统实现需要解
10、决的多项关键技术,开发实现了卫星姿态与轨道分系统地面试验测试软件并将其应用于具体的卫星测试任务中。本文研究的主要内容有:(1)软件功能模块与总体结构的设计。研究卫星姿轨控分系统地面试验的流程及测试需求,设计测试软件系统的功能模块与总体结构。(2)软件通用性、灵活性与可扩展性研究。将终端显示软件划分为多个功能相对独立的模块,并分析各个模块的实际任务与扩展性需求,将每个模块统一划分为配置文件集和通用模块两个层次,分别设计各个模块配置文件集中配置文件的格式以及对配置信息进行存储与读取的具体方式。(3)标准数据包的接收与解码研究。针对标准数据包格式设计其接收与解码流程,以及解码配置文件的具体定义。(4
11、)历史数据回放研究。设计数据回放的控制机制以及具体的控制指令、配置文件集和数据回放流程。(5)数据显示研究。根据数据显示的具体需求,研究不同显示形式的具体实现方法。1.3 国内外关于数据可视化的研究现状卫星姿态与轨道分系统地面试验时,涉及数十个单机以及数百个测试信号,测试操作人员通常根据这些测试参数的试验数值对控制系统进行实时监控与状态判断,目前测试数据的显示方式主要有:(1)数值数据将测试参数以列表的形式进行表现,直接显示测试参数的数值,这是测试数据最简单最直接的表现形式,特别适用于需要关注参数数值大小的场合,系统测试人员通常用参数列表对有相关性的几个参数进行数值对比。其缺点是不够直观,当列
12、表中的参数众多时系统测试人员很难及时发现异常。(2)二进制源码以二进制代码的形式显示数据包中的测试参数,该方法通常被测试人员用于对测试中异常问题进行进一步的定位与详细分析。(3)曲线将测试参数的数值以曲线的形式进行表现,适合表现数值随时间以固定规律变化的信号参数或者具有相关性的几个参数,这种情况下测试人员能够直观的看到参数数值的实时波动与基本变化趋势。但由于曲线很难定量给出参数间的相互关系,通常将曲线作为数值数据显示方式的有益补充。(4)文字将测试参数的数值解释为具体的文字含义,该方式更适合表现具有某几个确定含义的测试参数,例如数值为1时表示太阳帆板展开,数值为2时表示捕获地球,数值为3时表示
13、异常模式等。直接显示文字能够让测试操作人员快速直观的理解测试参数目前的状态,从而减轻工作负担,提高测试效率。(5)统计图形将测试数据以柱状图、饼图、散点图等统计图形进行表现,该方式适合测试操作人员对历史测试数据进行离线的统计分析。(6)图像与三维动画模拟借助各种高质量的图像显示和直观、方便的可视化设计为测试人员提供更加完善、简洁、人性化的数据表现形式。第二章 终端显示软件总体设计2.1 终端显示软件需求分析 2.1.1 软件设计需求在本课题的研究中,卫星姿态与轨道分系统地面试验终端显示软件应用于分系统研制的终端显示,与分系统的研制同步进行设计开发,具有相互依赖的特性。在系统研制的过程中采用终端
14、显示测试软件对其进行实时监视,直观发现系统缺陷,然后改善系统设计,因此终端显示软件必需对各种测试参数进行实时的监测与分析,同时可以对数据库中的数据进行回放显示。这就对终端显示软件提出了更高的新的要求。由于在对卫星姿态与轨道分系统进行测试时,测试内容较为复杂,对终端显示软件的要求是比较高的,其特点为:(1)被测参数多,测试速度要求高;(2)要求终端显示软件操作简便,操作界面和结果显示直观醒目;(3)终端显示软件具有基于TCP/IP和UDP协议的数据通信功能;(4)终端显示软件具有测试数据的查询和解析功能(5)终端显示软件能够以多种方式直观的显示测试数据;(6)终端显示软件具有各种参数的配置功能。
15、(7)终端显示软件具有一定的通用性,能够同时应用于仿真实验室的测试和整星状态下的测试。2.1.2 软件设计目标针对卫星姿态与轨道分系统地面试验的实际需求,本文建立分系统地面试验的终端显示软件,并将其应用于实际的卫星姿态与轨道分系统的地面测试试验中。该终端显示软件的设计思想如下:(1) 较高的实用性。依据卫星姿态与轨道分系统地面试验的实际应用需求进行设计,进行深入详细的需求调研,在保证功能实现的基础上,增强用户体验,提高软件的可用性;(2) 结构的合理性与通用性。针对卫星姿态与轨道分系统边研制边测试验证的特点,采用模块化的设计思想,将终端显示软件划分为多个功能相对独立的模块,各模块间定义规范的接
16、口,简化了软件维护难度的同时非常利于软件的升级与功能的改变与扩展;(3) 灵活适应性与可扩展性。采用配置文件的方式管理测试数据的解码协议,实现只需要适当的修改配置文件就能使终端显示软件适用于经过不断修改与完善后的系统测试中;(4) 高可靠性。终端显示软件必能能够在测试系统实时产生大量测试数据的情况下正常工作。(5) 测试数据可视化多样性。根据不同类型数据的可视化需求,终端显示软件提供多种数据显示方式,例如十进制数值、文字描述、二进制源码、十六进制源码、时间曲线和相平面曲线等。为了满足分系统研制与测试过程中实际需求,地面测试终端显示软件的设计与实现主要解决以下几个具体问题:(1) 将终端显示软件
17、划分为合理的功能模块;(2) 研究测试数据包的解码问题,以配置文件的形式对解码协议进行灵活的管理,使得分系统研制过程中在不影响终端显示软件的情况下能够对解码协议进行灵活的修改;(3) 研究测试过程中数据的流向以及数据的接收、解码、存储与显示,可以实时监测测试参数,也可以从数据库获取历史数据进行回放。2.2 软件总体设计 2.2.1设计原则(1)模块化设计模式为了提高终端显示软件的通用性与可扩展性,本文将终端显示软件按照功能划分为几个模块,各个模块之间相互连接。当现有的软件功能不能满足改变后的测试需求时,可以开发具有新功能的模块替换原有的软件模块或者将新开发的模块串接在软件模块中。2)基于配置文
18、件的灵活性设计为了使终端显示软件具有一定的可扩展性,本文将卫星姿态与轨道分系统地面试验终端显示软件中的模块的实现层次划分为如图2.1所示的配置文件集与通用模块两个层次,每个模块中需要灵活设置的部分保存在配置文件中,专用的程序代码采用动态链接库的形式实现并将其相关信息存储在配置文件中,其他部分用通用模块实现,通用模块启动时读取相关的配置信息,程序运行时通用模块根据读取的配置信息动态调用相应的动态链接库函数,当配置信息改变时通用模块将其保存至配置文件中。测试人员可以根据需要修改配置文件中的配置信息,从而使得测试软件更加的灵活。图2.1 软件模块实现层次2.2.2 软件功能模块划分卫星姿态与轨道分系
19、统地面试验终端显示软件的主要目的是对各种测试参数进行实时的监测与分析,同时可以对数据库中的数据进行回放显示。终端显示软件接收数据库服务器软件发送的数据,然后根据内存解码协议配置文件的内容对数据帧中的各个物理量进行解码得到工程数据,并将工程数据以数值列表、时间曲线和相平面曲线等不同的形式进行显示。终端显示软件还可以向数据库管理软件发送多种回放指令,对历史数据的回放进行控制。因此本文将终端显示软件按照实现功能的不同划分为九个子模块,包括数据接收模块、数据解码模块、数据储存模块、数据实时二元曲线显示模块、数据实时数值显示模块、数据离线曲线显示模块、数据的离线数值显示模块、实时窗口保存与载入模块和数据
20、回放控制模块。这样划分既符合模块化的软件开发方法,便于编程,又有利于软件后期的维护与功能扩展,满足分系统边设计边测试边完善的特定需求。2.3 涉及的关键技术根据2.1和2.2节中的软件需求和功能描述,实现本软件需要解决一系列的关键技术问题。表2.1中列出了软件实现需要解决的关键技术。表 2.1 软件实现关键技术关键技术技术描述基于配置文件集的软件灵活性设计涉及配置文件的文件类型定义、格式定义以及配置文件集的组成和配置信息调用等技术问题标准数据包的接收与解码涉及对标准数据包进行接收并解码的流程以及相关配置文件集的定义等技术问题数据可视化将接收到的测试数据以多种形式显示,包括十进制数值显示、二进制
21、源码显示、十六进制源码显示和文字显示、时间曲线显示和相平面曲线显示。历史数据回放根据测试人员的要求回放数据库中指定的数据,涉及数据回放的流程设计、配置文件集以及回放指令的定义等技术问题第三章 关键技术研究3.1 终端显示软件功能模块与总体结构的设计为了清楚展现软件的功能,现详细介绍软件的个功能模块。3.1.1 数据接收模块可以分别设置以TCP或UDP的连接方式接收动力学数据、遥测数据和采集数据,各自的数据源可以单独设置。模块软件界面说明如下:图 3.1 TCP接收方式 图 3.2 UDP接收方式3.1.2 数据存储模块可以选择将接收到的数据保存或者不保存到Access数据库。模块软件界面说明如
22、下:图 3.3数据保存界面3.1.3 变量选取模块从配置文件中选择功能号,选择该功能号下的变量名,以不同的方式显示。模块软件界面说明如下:图 3.4变量选取3.1.4 数据的实时曲线显示模块实时接收到的数据以曲线的方式显示,横坐标为一个时间,纵坐标为一个变量值。曲线的颜色、线型、线宽、曲线图的标题等属性可配置并保存至配置文件。模块软件界面说明如下:图 3.5数据的实时曲线显示 图 3.6曲线显示中的鼠标键功能图 3.7曲线参数设置图 3.8修改曲线的各种属性图 3.9载入已保存的曲线属性配置文件图 3.10保存曲线为图片3.1.5 数据的实时数值显示模块将实时接收到的数据以数值(十进制、二进制
23、、十六进制)或文字说明的形式显示。模块软件界面说明如下: 图3.11数据实时数值显示3.1.6 数据的离线曲线显示模块保存在数据库中的数据以曲线的形式进行回放。曲线的颜色、线型、线宽、曲线图的标题等属性可配置并保存至配置文件。曲线图可以以.bmp的图片格式保存下来。模块软件界面说明如下:图3.12选择曲线显示的离线数据其他按钮的功能界面同图3.53.10。3.1.7 数据的离线数值显示模块保存在数据库中的数据以数值(十进制、二进制、十六进制)或文字的形式显示。模块软件界面说明如下:图3.13选择数值显示的离线数据3.1.8 数据的实时二元曲线显示模块实时接收到的数据以曲线的方式显示,横坐标为一
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