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数据采集和处理

时间 : 2022年8月15日分类 :工程百科

[拼音]：shuju caiji he chuli

[外文]：data acquisition and processing

获取、汇集、加工、记录、存贮和显示数据的方法和系统。飞机、火箭的飞行试验，航天器的控制，载人航天器飞行状态的监控等，都需要进行实时测量，需要收集各种数据并对这些数据进行处理。例如载人飞船飞行中有关航天员生理状况的数据需要及时采集，送回地面指挥控制中心处理、判断或采取相应的措施。

数据类型

航空航天中采集的数据主要包括：

（1）飞行器的性能和内部环境数据，如飞行器某些部位的温度、燃料消耗、机械应力、电流和电压等。

（2）航天员的生理状态数据，如航天员的呼吸、心电波形等。

（3）空间探测数据，如微流星、高能辐射和空间磁场等。

（4）航天器遥感数据，如气象卫星探测的大气参数、地球热辐射，资源卫星所获得地物目标的多光谱图像等。

（5）军事目的的有关数据，如预警卫星发现导弹发射的信息，侦察卫星拍摄的照片或探测的无线电信息等。

（6）飞行器飞行试验数据，如性能参数、弹道或轨道参数等。

（7）飞行器控制、导航和航天器回收的有关数据。

数据采集

飞行器的数据采集主要通过遥测系统、雷达、光学和电视设备等手段获得。遥测系统中，由飞行器上各种类型的传感器实时测量飞行器的工程参数和主要设备的工作状态，飞行人员的生理状况和工作情况以及飞行器外部环境参数和空间目标特性等信息，并将这些信息转变成电信号，通过无线电信道送到地面，地面接收设备接收后，送往数据处理设备，将这些信号恢复成原始信息（见遥测技术）。雷达和光学等跟踪系统则从地面观测飞行器的运动参数，处理后可得出飞行器飞行轨迹、弹道或轨道的数据，作为预报和轨道控制的依据(见无线电跟踪测量系统、光学跟踪测量系统)。电视手段则是用电视摄像机摄取飞行器内部或外部景物图像，将其变换为电信号发送到地球站。地球站将电信号又转变为光学图像，显示在电视屏幕上（图1）。

航天器的数据由若干地球站（包括测量船和测量飞机）分别进行收集，地球站分布全国或全球。随着地球的自转和航天器的运动，航天器从一个站的观测区域进入另一个站的观测区域。各个地球站将观测数据送往航天控制中心。一些数据须实时加工处理，供航天控制中心监视、控制航天器使用；另一些数据被存贮起来，供以后分析研究之用，例如探测行星、太阳的有关数据，载人飞船某些性能的数据，空间环境数据等。测量船、测量飞机是活动的测量站，可以部署在最有利的位置，接收航天器发出的各种数据，以弥补地面台站的不足。

数据处理

为了传输和处理的方便，航空航天工程中的数据常采取电信号，电信号分为模拟和数字两种形式。以模拟形式表示的数据，通常被变换为数字形式再行处理。航天活动中，航天测控站、测量船和测量飞机收集以数字形式表示的大量数据，及时地加以记录、整理和计算，加工成可供使用的信息，根据需要分别进行实时处理或事后处理。航天器轨道数据处理系统见图 2。

实时处理

在接收数据的同时进行数据加工、并输出，为飞行安全、指挥显示、控制导引、捕获目标等设备提供可靠的依据。数据加工前先经计算机编选和合理性检查，然后用统计估算方法求出需要的参数。实时处理须在极短时间内对大量信息进行计算，有严格的时间限制，因此需要采用高速计算机。例如对载人飞船发回的数据，常由多台高速计算机同时进行实时处理，计算出飞船的飞行轨道，预报未来的轨道，一旦飞行中出现故障立即告诉航天员如何采取措施或直接由地面采取应急措施。这些数据还须及时传送到全国或全球的地球站。

事后处理

事后处理不受时间限制，与实时处理相比时间较长，但精度很高。事后处理的一般步骤是：

（1）复原：信息传输时已把测得的物理量转化为数码。数据复原则是将数码按照一定的关系变换为所需要的数据。

（2）合理性检查：又称数据检择，把数据中不合理的值剔除，保持数据序列的合理性或连续性。

（3）误差修正：测量数据一般含有系统误差和随机误差。无线电测量中修正的系统误差包括：各站之间时间不一致的误差、无线电波在航天器与地球站之间传播的折射误差、各站地理位置换算造成的误差和测量仪器本身的误差等。

（4）平滑或滤波：用最小二乘法、卡尔曼滤波方法或其他统计估算方法，对数据进行平滑或滤波，以消除测量中的随机误差和某些不能事先修正的系统误差，以获得精确的数据。

数据存贮

飞行器数据存贮常用的装置有磁带记录器、磁盘存贮器、磁膜、胶卷和纸带等，其中以磁带记录器和磁盘存贮器较为常用。胶卷是存贮数据和图像的理想方法之一，但照相易受气象条件的影响。

数据采集正向综合、多功能方向发展，例如对各种专用设备合并调整，实现一机多能，综合完成跟踪、测轨、遥测和控制等功能。由于航天器应用日益广泛，航天器与地球站之间的数据传输量将有很大增长。激光通信可以传递更大的信息量，将在空间技术中得到应用。地球站对低轨道卫星的跟踪范围有一定限制，为了扩大跟踪范围，地球站的部分功能将向卫星中继站转移。（见跟踪和数据中继卫星、航天测控和数据采集网、编码与信息处理）

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文章名称：《数据采集和处理》

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