环境数据测试方法、测试装置及存储介质与流程

1.本技术涉及数据处理技术领域，特别是涉及一种环境数据测试方法、测试装置及存储介质。


背景技术：

2.作为水下武器平台重要组成部分的电子装备，由于长时间在水下独立工作，预防性或修复性维修均需将装备回收上岸后方可实施，因此电子装备一旦出现故障往往无法及时修复，对装备完成作战使命影响较大。为此，水下装备特别是其电子装备的环境适应能力往往比其它装备要求更高，必须在装备研制初期从源头上开展有效的环境适应性设计，而针对水下使用环境，通过相应的技术手段获取其寿命期内各种类型的环境参数就成为开展上述工作的重要前提。
3.目前，国内已经积累了一些水下电子装备的环境观测与试验数据，但数据量较少，数据零散，行业标准、规范少，不足以指导装备的环境适应性设计。特别是随着近年来新型号装备的快速发展，缺乏基础环境数据采集方法的问题更加突出。水下电子装备环境应力数据作为水下装备的基础数据，在装备研制生产中起着重要的作用，它不仅用于指导装备的环境试验、可靠性试验、寿命试验，而且对于研究解决重大技术质量问题具有不可或缺的意义。因此，水下电子装备环境数据采集方法对水下装备的研制具有重要的意义。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种环境数据测试方法、测试装置及存储介质，以解决船舶电子设备使用环境数据采集方法缺失，影响水下电子装备研制的问题。
5.本技术一方面提供了一种环境数据测试方法，用于测试船舶电子设备在航行过程中的环境数据，所述方法包括：
6.在所述电子设备安装在所述船舶舱室中的情况下，按照第一预设航行规则获取所述电子设备的装载环境测试数据；
7.在所述电子设备安装在水下的情况下，按照第二预设航行规则获取所述电子设备的实航环境测试数据；
8.根据所述装载环境测试数据及所述实航环境测试数据，输出所述电子设备的环境试验结果。
9.在其中一个实施例中，所述第一预设航行规则包括所述船舶至少两次分别以第一航速、第二航速、第三航速及最大航速匀速航行预设时间；
10.其中，所述第一航速、所述第二航速与所述第三航速按升序排列。
11.在其中一个实施例中，所述第二预设航行规则包括所述船舶至少进行三次湖泊航行测试及至少三次海洋航行测试；
12.其中，按照对应的航行指标状态至少重复任一所述湖泊航行测试两次，按照对应的航行指标状态至少重复任一所述海洋航行测试两次，所述航行指标包括航速、航深、加速
度及转向速度中至少一种。
13.在其中一个实施例中，所述环境数据包括温度、振动应力及冲击应力中至少一种。
14.在其中一个实施例中，所述振动应力与所述冲击应力均至少包括x方向、y方向及z方向；其中，所述x方向沿水平面方向且与所述船舶的航行方向一致，所述y方向沿水平面方向且与所述x方向正相交，所述z方向为垂直水平面方向。
15.在其中一个实施例中，任一测试均包括至少两个测试点。
16.在其中一个实施例中，所述根据所述装载环境测试数据及所述实航环境测试数据，输出所述电子设备的环境试验结果，包括：
17.预处理环境测试数据，以剔除奇异点；所述环境测试数据包括所述装载环境测试数据及所述实航环境测试数据；
18.采用快速傅里叶变换对所述环境测试数据进行频域转换，以生成对应的频域响应谱，并输出对应的频域响应曲线。
19.于上述实施例所述的环境数据测试方法中，通过将电子设备安装在船舶舱室中进行装载测试，在这种工况下电子设备放置于空气中，波浪通过对船身的作用传导至电子设备，受力相对单一，因此，通过在第一预设航行规则下，使船舶分别以依次增大的第一航速、第二航速、第三航速和最大航速分别匀速航行两次以上，获取的振动冲击数据已能充分反映电子设备在船舶舱室中的工作环境，而在将电子设备安装在船舶底部的水下进行实航测试时，电子设备还要受到来自水流的冲击，受力工况更加复杂，因此，采用了第二预设航行规则进行测试，分别在湖泊淡水环境下和海洋咸水环境下进行测试，测试过程中充分考虑船舶实际行情中的各种运行工况，包括不同航速、不同航深、加速度和下潜上浮速度等因素情况下进行测试，且每种工况都进行多次测试确认以尽量获取相对准确的环境数据，使最终获取的船舶航行过程中电子设备工作环境数据能最大限度还原船舶实航工况，为船舶电子设备的设计提供有力的技术支撑。
20.本技术第二方面提供了一种环境数据测试装置，用于实现前述任一项实施例所述的环境数据测试方法，包括至少两套所述电子设备、传感器模块、数据记录模块及数据处理模块，其中，所述传感器模块用于安装在所述电子设备上以采集所述环境测试数据；所述数据记录模块与所述传感器模块连接，用于将所述环境测试数据的模拟量转换为对应的数字量；所述数据处理模块与所述数据记录模块连接，用于对所述环境测试数据的数字量进行处理，转换为对应的频域响应谱，并输出对应的频域响应曲线。
21.于上述实施例所述的环境数据测试装置中，一方面设置了多套测试用电子设备，以在测试过程中进行多点分布测试，以获取电子设备在船舶的不同位置的受力情况，有助于找到最小受力点，以在船舶设计过程中为电子设备布置提供最优方案，以减少电子设备在使用过程中的受力，提高电子设备的使用寿命，另一方面通过传感器模块实时采集测试用电子设备的各种环境数据，包括振动、冲击及温度等，并通过数据记录模块与数据处理模块进行快速数据分析和处理，将离散化的环境参数通过数学方法进行归纳整理，生成连续的频域响应谱，实现了将离散化且不可控的环境变量转换为直观的数学变量的过程，为设备的设计生产提供了可靠有力的技术支撑。
22.在其中一个实施例中，所述电子设备至少分布在所述船舶的两个测试点。
23.本技术第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述
计算机程序被处理器执行时实现前述任意一项实施例所述的方法的步骤。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为一个提供的一个实施例中环境数据测试方法的流程示意图；
26.图2为一个提供的又一实施例中环境数据测试方法的流程示意图。
具体实施方式
27.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
29.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。此外，在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本技术的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
30.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
31.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
32.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
33.环境适应性是“装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境作用下能实现其所有预定功能和(或)性能不被破坏的能力，是装备的一种主要质量特性，也是其核心能力的重要体现。”事实上，任何装备全寿命周期内的贮存、运输和使用必然会受到各种气候、力学和电磁环境的单独、组合或综合作用，致使装备的材料和结构受到腐蚀或破坏，电子元器件、组部件性能劣化甚至功能失常，给船舶性能造成严重影响。为此，装备对于实际服役环境的适应能力，是保证其使用和作战效能发挥的一项重要基础因素。
34.对于水面船舶而言，尤其是搭载了各种高精尖电子设备的海军舰艇而言，作为水下武器平台重要组成部分的电子装备，首先由于受装备平台本身内部狭小空间的限制以及实现多种制导功能的要求，其小型化、功能多样化、智能化要求较高；其次在战备值班或执行任务时需经历长时间比陆上贮存环境更为恶劣的舰艇装载，而装载过程中受浪涌、振动、冲击、加速度、高温、低温及高湿等环境因素的影响，电子装备装载失效的风险增大；再次，由于装备长时间在水下独立工作，预防性或修复性维修均需将装备回收上岸后方可实施，因此电子装备一旦出现故障往往无法及时修复，对装备完成作战使命影响较大。为此，水下装备特别是其电子装备的环境适应能力往往比其它装备要求更高，必须在装备研制初期从源头上开展有效的环境适应性设计，而针对水下使用环境，通过相应的技术手段获取其寿命期内各种类型的环境参数就成为开展上述工作的重要前提。
35.目前，国内已经积累了一些水下电子装备的环境观测与试验数据、但数据量较少，数据零散，行业标准、规范少，不足以指导装备的环境适应性设计。特别是随着近年来新型号装备的快速发展，缺乏基础环境数据采集方法的问题更加突出。水下电子装备环境应力数据作为水下装备的基础数据，在装备研制生产中起着重要的作用，它不仅用于指导装备的环境试验、可靠性试验、寿命试验，而且对于研究解决重大技术质量问题具有不可或缺的意义。因此，水下电子装备环境数据采集方法对水下装备的研制具有重要的意义。
36.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种环境数据测试方法、测试装置及存储介质，以解决船舶电子设备使用环境数据采集方法缺失，影响水下电子装备研制的问题，以下将通过具体的实施例来进行说明。
37.在本技术的一个实施例中，如图1所示，提供了一种环境数据测试方法，用于测试船舶电子设备在航行过程中的环境数据，所述方法包括：
38.步骤22，在所述电子设备安装在所述船舶舱室中的情况下，按照第一预设航行规则获取所述电子设备的装载环境测试数据；
39.步骤24，在所述电子设备安装在水下的情况下，按照第二预设航行规则获取所述电子设备的实航环境测试数据；
40.步骤26，根据所述装载环境测试数据及所述实航环境测试数据，输出所述电子设备的环境试验结果。
41.其中，所述环境数据包括温度、振动应力及冲击应力中至少一种。
42.作为示例，所述第一预设航行规则包括所述船舶至少两次分别以第一航速、第二航速、第三航速及最大航速匀速航行预设时间；
43.其中，所述第一航速、所述第二航速与所述第三航速按升序排列。
44.具体地，船舶在行驶过程中，受波浪拍打产生振动，传导到装载在船上的设备，使设备跟随产生振动冲击，特别是对于军舰这种携带大量高精度和高灵敏度电子设备的船
只，影响尤其显著。波浪的冲击振动是一种常见的水下瞬态信号，且波浪的冲击振动应力具有随机和不可预测性，且船舶在不同的运行工况下，所述的外部冲击振动应力均不相同，为了获取较佳的测试效果，可以采取在不同航速下多次测量设备的振动冲击应力的方式，比如，本实施例中，使船舶分别在低速、中速、高速以及最高航速状态下匀速行驶，相同的状态至少进行两次，然后分别测量船舶电子设备的冲击振动应力，且在同一次测量中，至少布置两个测试点，将不同的测试点分布于船舶上不同的舱室中，以求获取更加完善全面的环境数据，也有利于找到最适合放置电子设备的舱室，为船舶设计阶段中的舱室布置设计提供技术依据，此外，在测试实施过程中，通过测试计算机定时监测测试数据，避免测试设备被其他设备干扰出现异常数据和测试线路异常断开等情况，有助于提高数据测试的有效性。
45.作为示例，所述第二预设航行规则包括所述船舶至少进行三次湖泊航行测试及至少三次海洋航行测试；
46.其中，按照对应的航行指标状态至少重复任一所述湖泊航行测试两次，按照对应的航行指标状态至少重复任一所述海洋航行测试两次，所述航行指标包括航速、航深、加速度及转向速度中至少一种。
47.示例性的，对于挂载了精密制导武器系统的军舰而言，尤其是水下鱼雷等设备，控制器在水下的情况，需要进行对应的实航测试，将待测试电子设备安装在船底的水中，模拟战斗过程中的工作环境，为了保证武器系统的正常工作，考虑到这种特殊情况下电子设备受环境影响尤其显著，采取更复杂的第二预设航行规则来对水下环境数据进行测试，在本实施例中，分别选取了在湖泊淡水环境和在海洋咸水环境作为测试试验场地环境，比如在湖水中，在船舶底部安置至少两套待测试电子设备，分别放置于不同的方位，以便检测在不同位置上的振动冲击应力，船舶的航行状态包括航速、航深、加速度及转向等，各种能够改变船舶航行状态的因素均列入考察范围，在实际测量中，分别设定上述各状态以不同的参数，在每种航行状态下至少重复航行两次以上，然后对各个测量点的电子设备的振动冲击数据进行采样，以获取在不同的航行状态下，比如风平浪静、风大浪高、被攻击等状态下，电子设备受到的水流冲击，条件允许情况下，可以不限制测试次数，以尽量多的获取环境数据，特别是极限数据的次数，作为船舶设计时的技术参考。
48.作为示例，所述振动应力与所述冲击应力均至少包括x方向、y方向及z方向；其中，所述x方向沿水平面方向且与所述船舶的航行方向一致，所述y方向沿水平面方向且与所述x方向正相交，所述z方向为垂直水平面方向。
49.具体地，比如，对于振动，是指物体沿某一中心点做往返运动的现象，振动应力跟加速度相关，比如常见的正弦振动，振动应力满足公式：f＝ma，m为振动的质量，a为加速度，因此，在实际测量中，只需要测量出振动过程中的加速度，即可计算出振动应力，在本实施例中，由于船舶航行过程中收到水波的冲击产生振动，具有随机不确定性，方向随时变化，因此，可以对不同方向上的加速度进行三维分解，放在xyz坐标系下分别测量振动发生时在三维坐标系下各个方向上的加速度，最后通过合成形成最终的振动加速度，比如，在本实施例中，可以采用x方向沿水平面方向且与所述船舶的航行方向一致，y方向沿水平面方向且与所述x方向正相交，所述z方向为垂直水平面方向，由此形成始终跟随船舶航行方向动态变化的三维坐标系，以简化采样和计算过程，当然，需要说明的是，该坐标系的选取方式不是固定不变的，本领域技术人员可以根据实际需要进行选取，以方便测量和后期计算为选
择依据。
50.作为示例，如图2所示，步骤26，所述根据所述装载环境测试数据及所述实航环境测试数据，输出所述电子设备的环境试验结果，包括：
51.步骤262，预处理环境测试数据，以剔除奇异点；
52.其中，所述环境测试数据包括所述装载环境测试数据及所述实航环境测试数据。
53.具体地，针对随机性强且复杂的水下环境，容易出现干扰数据或噪音，比如水中生物造成的干扰噪音，在数据处理阶段需要滤除这些干扰，以获取相对规律的水下环境数据，采用现代数学方法可以比较方便的做到滤除奇异点和消除干扰项的目的，本技术在此不做限定。
54.步骤264，采用快速傅里叶变换对所述环境测试数据进行频域转换，以生成对应的频域响应谱，并输出对应的频域响应曲线。
55.具体地，测量获取的振动冲击信号是时域信号，且是离散不规则的，很难作为技术设计时的参考，需要对实测信号进行转换，通常可以采用快速傅里叶变换来完成，使离散的时域信号转换为连续的频域信号，相对于传统傅里叶变换只能分析平稳信号，快速的短时傅里叶变换能够满足不规律信号的时域与频域转换，使转换后的频域信号与实际的时域信号特性高度吻合。
56.于前述各实施例所述的环境数据测试方法中，通过将电子设备安装在船舶舱室中进行装载测试，在这种工况下电子设备放置于空气中，波浪通过对船身的作用传导至电子设备，受力相对单一，因此，通过在第一预设航行规则下，使船舶分别以依次增大的第一航速、第二航速、第三航速和最大航速分别匀速航行两次以上，获取的振动冲击数据已能充分反映电子设备在船舶舱室中的工作环境，而在将电子设备安装在船舶底部的水下进行实航测试时，电子设备还要受到来自水流的冲击，受力工况更加复杂，因此，采用了第二预设航行规则进行测试，分别在湖泊淡水环境下和海洋咸水环境下进行测试，测试过程中充分考虑船舶实际行情中的各种运行工况，包括不同航速、不同航深、加速度和下潜上浮速度等因素情况下进行测试，且每种工况都进行多次测试确认以尽量获取相对准确的环境数据，使最终获取的船舶航行过程中电子设备工作环境数据能最大限度还原船舶实航工况，为船舶电子设备的设计提供有力的技术支撑。
57.在本技术的一个实施例中，提供了一种环境数据测试装置，用于实现前述任一项实施例所述的环境数据测试方法，包括至少两套所述电子设备、传感器模块、数据记录模块及数据处理模块，其中，所述传感器模块用于安装在所述电子设备上以采集所述环境测试数据；所述数据记录模块与所述传感器模块连接，用于将所述环境测试数据的模拟量转换为对应的数字量；所述数据处理模块与所述数据记录模块连接，用于对所述环境测试数据的数字量进行处理，转换为对应的频域响应谱，并输出对应的频域响应曲线。
58.具体地，传感器模块包括温度传感器和三轴向加速度传感器，温度传感器可以采用热电偶，在测试过程中贴于待测电子设备的发热部位，采集在不同的安装部位待测电子设备的工作温升情况，以方便技术人员制定合理的散热措施，而三轴向加速度传感器设置于待测试电子设备的固定支架上即可，以方便采集待测试电子设备的各轴向加速度，需要说明的是，传感器模块按照待测试电子设备套数进行一一配置，不同的电子设备分布于不同的测量点，每次测试中至少设置两个测试点，对应也需要配置两套以上的电子设备和传
感器模块。
59.于上述实施例所述的环境数据测试装置中，一方面设置了多套测试用电子设备，以在测试过程中进行多点分布测试，以获取电子设备在船舶的不同位置的受力情况，有助于找到最小受力点，以在船舶设计过程中为电子设备布置提供最优方案，以减少电子设备在使用过程中的受力，提高电子设备的使用寿命，另一方面通过传感器模块实时采集测试用电子设备的各种环境数据，包括振动、冲击及温度等，并通过数据记录模块与数据处理模块进行快速数据分析和处理，将离散化的环境参数通过数学方法进行归纳整理，生成连续的频域响应谱，实现了将离散化且不可控的环境变量转换为直观的数学变量的过程，为设备的设计生产提供了可靠有力的技术支撑。
60.在本技术的一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述任意一项实施例所述的方法的步骤，具体包括：
61.步骤22，在所述电子设备安装在所述船舶舱室中的情况下，按照第一预设航行规则获取所述电子设备的装载环境测试数据；
62.步骤24，在所述电子设备安装在水下的情况下，按照第二预设航行规则获取所述电子设备的实航环境测试数据；
63.步骤262，预处理环境测试数据，以剔除奇异点；
64.步骤264，采用快速傅里叶变换对所述环境测试数据进行频域转换，以生成对应的频域响应谱，并输出对应的频域响应曲线。
65.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
66.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
67.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
68.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。