航空电子接口信息提取及数据转换算法的实现_毕业设计论文(编辑修改稿)

航空电子接口信息提取及数据转换算法的实现_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

bps， 传输字为 32 位， 线路上的码型为双极性归零码。 XML 可扩展标记语言 可扩展标记语言 (Extensible Markup Language, XML) ，用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，可以用来标记数据和 定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。 XML 是 标准通用标记语言 (SGML) 的子集，非常适合 Web 传输。 XML 提供统一的方法来描述和交换独立于 应用程序 或供应商的结构化数据。 同时 XML 也是一种元标注语言，即定义了用于定义其他特定领域有关语义的、结构化的 标记语言 ，这些标记语言将文档分成 许多部件并对这些部件加以标识。 XML 文档定义方式有： DTD (Document Type Definition)和 XML Schema。 DTD 定义了文档的整体结构以及文档的语法，应用广泛并有丰富工具支持。 XML Schema 用于沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 3 定义管理信息等更强大、更丰富的特征。 XML 能够更精确地声明内容，方便跨越多种平台的更有意义的搜索结果。 它提供了一种描述结构数据的格式，简化了网络中 数据 交换 和表示，使得代码、数据和表示分离，并作为数据交换的标准格式，因此它常被称为智能数据文档。 设计目标 由于航空电子接口定义的不同总线类型不同设备的信号格式非常复杂，需要对航空电子接口有一种较好的组织方式，并能够实现航空电子接口信息的提取，飞行控制系统在地面物理试验过程中，又由于信号传输采用总线结构与物理量不同，为了保证试验的正确性，也需要根据提取的信息将物理量与航空总线数据之间进行转换。 本系统采用 XML 技术描述包含 1553B 和 ARINC429 航空总线数据格式的航空电子接口，设计航空电子接口信息提取算法，并实现物理量与航空总线数据之间的转换以及其反转换算法。 主要内容 (1) 采用 XML 技术描述包含 1553B 和 ARINC429 航空总线数据格式的航空电子接口； (2) 提取 XML 文件描述的航空电子接口中的数据信息； (3) 实现物理量到 1553 总线、 429总线格式的数据的转换以及 1553 总线、 429总线格式的数据到物理量的反转换算法； (4) 设计一界面，能够提供不同总线格式初始数据的输入，并能实现初始数据在某一时间段能够在某一范围能够动态变化； (5) 实现转换程序中的静态或者动态数据的显示，对显示的数据可以进行选择。 设计要求 (1) 工具采用 Visual Studio 2020 以上版本，实现上述转换算法； (2) 时间计时用软件计时； (3) 界面设计尽量简洁，大方； (4) 航空电子接口数据非常多，可以选取部分典型的数据作为程序的样本数据。 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 4 系统设计的意义和范围 系统设计的意义 随着航空电子（装甲车辆电子系统）技术的快速发展，军用设备越来越多地采用标准总线结构将各个系统连接到一起，如： MILSTD1553B、 ARINC429 总线，构成复杂的电控系统。 针对越来越复杂的电控系统 ，若没有一种通用化、集成化、便携式的测试手段，这将为装备的后期维修和保障带来了极大的困难。 为此，研制一个具有实时转换航空数据和监控、监测功能的程序是一项重要而有意义的工作。 系统设计的范围 本系统从可扩展标语言（ XML）的技术特点及其对接口控制文件（ ICD）的编制和管理出发，以 XML 作为信息载体，透过其对 ICD 的描述，进行模拟实验。 接口控制文件 ICD(Interface Control Document)给出了系统规范中所定义的电气和电子接口的详细说明，定义了航空电子系统之间的接口和航空电子与非航空电子系统之间的接口 (但不包含子系统内部的接口 )。 由于 ICD 中包含信号众多，但格式转换算法却相差无几，为了安全又快捷地进行模拟实验，在最短时间取得研究的突破，在 ICD 中，本设计选取典型信号：俯仰角、最小无线电高度和气压高度。 并以 XML 来描述这三个信号的具体信息，以方便系统解析。 在本系统中，需要将最小无线电高度和气压高度物理量格式转换为 1553B 总线格式，将俯仰角物理量格式转换为 429ARINC 总线和 1553B 总线格式。 系统设计 语言及 工具 本设计采用了 C作为编程语言。 C是微软公司发布的一种面向对象的、运行于 .NET Framework 之上的高级程序设计语言。 语言设计简便，人性化，并且和众多程序之间有互用的接口，为混合编程提供了条件。 使用 Visual Studio 2020作为 编码环境。 Visual Studio是微软公司推出的开发环境。 是目前最流行的 Windows 平台应用程序 开发环境。 Visual Studio 2020 带来了 NET Framework 、 Microsoft Visual Studio 2020 CTP( Community Technology PreviewCTP)，并且支持开发面向 Windows 7 的应用程序。 使用 Microsoft Excel 2020 作为数据导出平台。 Excel 是微软办公套装软件的一个重要的组成部分，它可以进行各种数据的处理、统计分析和辅助决策操作，广泛地应沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 5 用于管理、统计财经、金融等众多领域。 在本系统中要对大量的测试数据 进行处理，而 Excel 正好具备对海量数据的统计分析功能，满足本系统的需要。 使用 Matlab 2020b 作为绘图环境。 MATLAB 是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。 其对海量数据的分析处理绘图能力远远强于 C自带的 GUI 绘图。 为了更好的处理数据，更精确地反映出测试的误差，本系统将海量的测试数据交由 Matlab 处理， 并调用其处理的结果。 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 6 2 可行性分析 可行性分析，是设计程序的第一步。 下面我将从技术可行性，设计方案可行性和经济可行性三个方面来论述本设计的可行性： 技术可行性 程序的设计选择方便快捷的设计工具以及合理的设计方案，这是设计程序的基石，下面我将对设计工具的可行性以及设计方案的可行性两方面进行论述： 设计工具可行性 (1) Visual Studio 2020 集成开发环境 目前最流行的 Windows 平台应用程序开发环境，支持开发面向 Windows 7的应用程序，并对许多软件提供了应用接口，为混合编程提供了有利条件。 (2) C 面向对象开发语言 C是一种最新的、面向对象的及其强大而简便的编程语言，它使得程序员可以快速地编写各种基于 MICROSOFT .NET 平台的应用程序，而且MICROSOFT .NET 提供了一系列的工具和服务来最大程度地开发利用计算与通讯领域。 其所拥有的组件可以及其方便的对 XML 文档进行解析并显示。 (3) XML 文 件解析 XML 是微软 .Net 战略的一个重要组成部分，其提供了以下一些命名空间：、 、 、 以及 其中包含了与 XML 操作相关的类。 (4) 多线程安全访问控件 C 为了防止子线程调用控件时可能出现的死锁情况，提供了两种线程安全的控件调用方法：一种是利用 delegate 接口以及 Invoke 方法，另外一种是使用 BackgroundWorker 方法，目的都是通 过调用创建该控件的线程，来对控件进行操作。 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 7 (5) Microsoft Excel 2020 数据汇总 Excel 拥有强大的数据汇总能力，对于该系统将产生的庞大的测试数据来说， Excel 提供了一个很好的平台，来对测试数据进行汇总存储。 (6) Matlab 2020b 绘图处理 Matlab 是一个强大的 数学软件。 在新的版本中也加入了对 C++，FORTRAN， C， JAVA 的支持。 可以直接调用 ,其拥有强大的图形处理系统使得 MATLAB 能方便的图形化显示向量和 矩阵 ，而且能对图形添加标注和打印。 它包括强大的二维三维图形 函数 、 图像处理 和动画显示等函数。 设计方案可行性 本设计采用 样本数据步进枚举法和典型案例分析法，其基本思想是以测试数据的最大值和最小值为界，以不同类型的步长对数据进行枚举，从而涵盖所有可能出现的情况，同时对某些特殊点进行单独测试，方便观察测试结果。 并在测试结束之后绘制出数据转换前后对比图和误差图，从而简化数据结构，为分析问题、研究问题带来方便。 此方法具有可比性、全面性、合理性。 从原始 XML 文件中选取典型信号中俯仰角转换为 ARINC429 与 1553B 格式，最小无线电高度和气压高度转换为 1553B 格式，最小无线电高度与气压高度信号中的数据只有正数；俯仰角转换信号中的数据 正数、负数都有。 由此可见，本设计中选取的信号具有各自不同的特点，综合各种航空电子信号的不同之处，具有代表性、典型性，因此本设计采用的设计方案可行。 经济可行性 一个好的程序，除了技术可行，具有实用价值之外，还必须具备的就是相当可观的经济价值。 只有高的性价比，才有可能成为一个好的程序。 下面我将从开发成本、系统收益、生存周期及操作可行性四个方面来论述本程序的经济可行性： 开发成本 本设计预计研发周期 5 个月，工作人员一名，硬件设施为普通个人笔记本电脑，研发所需总费用约 1 万元。 而目前，大多数航空部门均拥有高性能计算 机和局域网，因此该软件系统的安装、部署、运行和维护，均在承受范围内。 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 8 系统收益 传统硬件测试需要大量的硬件设施，如示波器、 时域反射计 、 阻抗测试仪 和 信号发生器 等大型设备，并且对于不同总线还需要不同的设备，投资成本可能以十万记。 而本系统实现将典型的航空信号进行动态与静态测试，对于不同总线，不同机型之间的测试具有通用性，大大简化了传统硬件 测试的复杂性，同时 大大缩短了数据转换处理的时间，在一定程度上加快了航空研究的进程，同时也节约了大量的研究经费。 生存周期 本设计 采用 XML 为媒介，具有相当大的通用性，对于所有的飞机型号，总线信号，只需要对 XML 文档进行相应的修改，就能在本系统中进行测试。 系统投入使用后可根据今后航空电子系统的发展不断完善、改进，本系统将一直保存其使用价值，系统生存周期较长。 操作可行性 本设计采用 Visual studio 2020 作为集成开发环境，完全按照常规 Winform软件使用习惯制定菜单栏、状态栏、展示区域、绘图区域和消息提醒机制，对于习惯使用Windows 操作平台的用户使用操作简单易懂明了。 另外，对于 Excel 和 matlab 的使用都是系统在后台运行 调用的，无需用户进行复杂的操作，大大提高了本系统的操控性。 因此本系统在用户操作、人机交互、用户体验上都是可行的。 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 9 3 需求分析 在对设计任务书进行了详细的研读， 查阅了相关文献，并做了前期的调研 ，本系统主要需要完成以下几个功能： (1) 在程序运行初始化完成后，解析用户指定的一个 XML 文档，如文档格式正确，则将 XML 解析树显示在用户左侧的 XML 显示区域显示出来，供用户与系统分析与使用，否则提示打开文档错误，让用户重新打开一个新的 XML 文档； (2) 按照用户的需求进行动态测试或静态测试。 在动态测试中用户通过下拉菜单，按钮等控件选择输入信号，频率和周期。 系统根据用户选择的不同自动进行匹配输出。 在动态测试停止时可以绘制前后对比图和误差分析图。 在静态测试中，用户可以输入特定的值进行逻辑验证，当输入错误时给予相应的提示； (3) 当用户需要时可以向 Excel 表中导入当次实验 的结果，以便观察和保留。 下面将分别对 XML 文档解析、 1553B 总线格式信号、 ARINC 总线格式信号及数据绘图的需求分析进行详细的阐述。 XML 数据文档解析需求分析 XML 文档的基本信息如下： Config_File Device Name惯性导航 /Name SignalFormat Name429格式 /Name Signal 中文名称 俯仰角 /中文名称 变量名称 ithetal429/变量名称 数据类型 short int（ 32位） /数据类型 Lable324/Lable MSBEnable1/MSBEnable MSBValue90/MSBValue MSB27/MSB。