本發(fā)明屬于航空、航天試驗技術領域，具體涉及一種發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)三維瀑布圖重建、顯示及分析方法。

背景技術：

火箭發(fā)動機試驗后對三維振動頻譜數(shù)據(jù)進行分析是發(fā)動機性能評估與故障診斷的必要手段，而以時間、頻率、幅值為坐標的立體三維瀑布圖是一種常見的頻譜分析圖譜。

當前在LMS Test.Lab Rev軟件中顯示三維瀑布圖具體做法是：1.啟動LMS Test.Lab Rev的Desktop-Advanced軟件，對采集的數(shù)據(jù)做三維瀑布圖。2.手動將Navigator視圖下Name欄中的N個參數(shù)(N＞0)中的任意1個拖到1×1三維瀑布圖顯示窗口中，數(shù)據(jù)繪制在1×1三維瀑布圖顯示窗口中，如圖1所示，本程序采用LMS Test.Lab Rev軟件中自帶的例子程序進行說明。

但是現(xiàn)有三維瀑布圖顯示效果不足之處包括以下幾個方面：1)如圖1所示，使用單色繪制三維瀑布圖，使得三維數(shù)據(jù)看上去是混疊在一起，看上去模糊不清，不同時刻譜線與譜線之間區(qū)分不明顯，給數(shù)據(jù)分析人員查看數(shù)據(jù)帶來不便。2)如圖1所示，針對同一譜線，采用單色繪制三維瀑布圖導致不同量級的幅值數(shù)據(jù)區(qū)分不明顯。3)如圖2所示，視角改變幅度有限以及視角改變后三維立體效果直線下降，形似“偽3D”，不利于用戶靈活分析數(shù)據(jù)。

為了對顯示在三維坐標中的數(shù)據(jù)更直觀地查看，有時候需要改變角度查看數(shù)據(jù)，當前在LMS Test.Lab Rev軟件中改變三維瀑布圖顯示視角的具體做法是：1.啟動LMS Test.Lab Rev的Desktop-Advanced軟件，對采集的數(shù)據(jù)做三維瀑布圖算法分析處理。2.手動將Navigator視圖下Name欄中的N個參數(shù)(N＞0)中的任意1個拖到1×1三維瀑布圖顯示窗口中。3.在1×1三維瀑布圖界面右鍵屬性菜單設置旋轉角度值，如圖2所示。明顯可見，當前LMS Test.Lab Rev軟件中改變三維瀑布圖顯示視角的方式繁瑣復雜，不便于數(shù)據(jù)分析人員查看數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有的改變三維瀑布圖顯示視角方式的不足之處包括以下幾個方面：1)數(shù)據(jù)分析人員每次改變三維瀑布圖顯示視角查看數(shù)據(jù)均需要進行上述一系列操作，需要消耗的時間成本可想而知，而且給數(shù)據(jù)分析人員帶來不便。2)由于角度調節(jié)的大小不好控制，對于初次接觸該軟件的數(shù)據(jù)操作人員需要較長的學習與記憶時間。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術中的問題，本發(fā)明提供一種發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)三維瀑布圖重建、顯示及分析方法，解決了當前LMS Test.Lab Rev的Desktop-Advanced軟件自動生成的單色三維瀑布圖頻譜數(shù)據(jù)顯示混疊、顯示效果模糊、區(qū)分度不強的缺陷并且解決了不便于操作人員進行分析處理的問題。

本發(fā)明的具體技術解決方案如下：

本發(fā)明提供了一種發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)三維瀑布圖重建、顯示及分析方法，包括以下步驟：

1)從LMS Test.Lab Rev的Desktop-Advanced軟件的原始三維瀑布圖中導出txt格式文件；所述txt格式文件包括頭文件信息字符串和頻譜數(shù)據(jù)，所述頻譜數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列字符串按以下規(guī)律排列：頻率列為第一列，幅值列和相位列交替排列。

2)從txt格式文件中讀取頻譜數(shù)據(jù)中的幅值列數(shù)據(jù)；所述頻譜數(shù)據(jù)是三維瀑布圖中時間坐標軸上每個時刻對應的幅值列；

3)將頻譜數(shù)據(jù)存儲為二維數(shù)組；所述二維數(shù)組中行對應的是三維瀑布圖中的頻率坐標軸，所述二維數(shù)組中列對應的是三維瀑布圖中的幅值坐標軸；

4)重建；

4.1)構建三維坐標系；三維坐標系包括頻率坐標軸、時間坐標軸、幅值坐標軸；

4.2)設置顯示視窗、投影矩陣并在內存中開辟一塊緩沖區(qū)；

4.3)循環(huán)讀取二維數(shù)組中行數(shù)據(jù)繪制在三維坐標系中的頻率坐標軸，循環(huán)讀取二維數(shù)組中列數(shù)據(jù)繪制在三維坐標系中的幅值坐標軸；

所述三維坐標系中頻率坐標軸的繪制方式是從所述頭文件信息字符串中讀取頻率間隔值；從所述頭文件信息字符串中讀取頻率范圍，利用頻率間隔值和頻率范圍來繪制頻率坐標軸；

所述三維坐標系中時間坐標軸的繪制方式是從所述頭文件信息字符串繪制時間坐標軸；

4.4)從頻譜數(shù)據(jù)的幅值列直接讀取幅值再乘以投影矩陣得到三維坐標系中的幅值的數(shù)據(jù)；在顯示視窗中顯示繪制好的頻率坐標軸、時間坐標軸、幅值坐標軸數(shù)據(jù)，形成三維瀑布圖；所述三維瀑布圖為單色三維瀑布圖、凝固狀三維瀑布圖以及彩色三維瀑布圖；

所述單色三維瀑布圖繪制方法是：

循環(huán)讀取重建時頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組，將不同時間的幅值列的個數(shù)作為第一層循環(huán)次數(shù)，將頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組的第二維對應的不同頻率的個數(shù)的作為第二層循環(huán)次數(shù)，繪制不同時刻的頻譜切片曲線，在OpenGl中調用函數(shù)glColor3f設置每條頻譜曲線的顏色值，并用灰色繪制每條頻譜曲線的邊框，形成單色三維瀑布圖；所述二維數(shù)組中行對應的是三維瀑布圖中的頻率坐標軸，所述二維數(shù)組中列對應的是三維瀑布圖中的幅值坐標軸；

所述凝固狀三維瀑布圖的繪制方法是：

首先以每條頻譜曲線繪制寬帶，然后循環(huán)讀取重建時頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組，將不同時間的幅值列的個數(shù)作為第一層循環(huán)次數(shù)，將頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組的第二維對應的不同頻率的個數(shù)的作為第二層循環(huán)次數(shù)，繪制不同時刻的頻譜切片曲線，并用灰色繪制每條頻譜曲線的邊框，形成凝固狀三維瀑布圖；所述寬帶是將相近的數(shù)據(jù)凝固化顯示，突出較大值數(shù)據(jù)。所述二維數(shù)組中行對應的是三維瀑布圖中的頻率坐標軸，所述二維數(shù)組中列對應的是三維瀑布圖中的幅值坐標軸。

所述彩色三維瀑布圖的繪制方法是：

循環(huán)讀取重建時頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組，將不同時間的幅值列的個數(shù)作為第一層循環(huán)次數(shù)，將頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組的第二維對應的不同頻率的個數(shù)的作為第二層循環(huán)次數(shù)，繪制不同時刻的頻譜切片曲線，同時，取幅值數(shù)據(jù)中的最大值將其分為三段得到兩個顏色閾值，三段對應三種不同顏色，將當前所要顯示的幅值數(shù)據(jù)和顏色閾值進行比較，顯示相對應的顏色。所述二維數(shù)組中行對應的是三維瀑布圖中的頻率坐標軸，所述二維數(shù)組中列對應的是三維瀑布圖中的幅值坐標軸；

上述方法還包括頻譜切片提取數(shù)據(jù)步驟：

用戶從三維瀑布圖中選擇某時刻；將頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組中行作為索引，循環(huán)讀取某時刻的頻率坐標軸和幅值坐標軸，寫入到txt文件；所述二維數(shù)組中行對應的是三維瀑布圖中的頻率坐標軸，所述二維數(shù)組中列對應的是三維瀑布圖中的幅值坐標軸；導出的txt數(shù)據(jù)用來詳細分析頻譜數(shù)據(jù)。

上述方法還包括動態(tài)視角查看步驟：

根據(jù)實時監(jiān)測的鼠標坐標值，通過調用MFC中響應鼠標坐標移動變化的消息響應函數(shù)實現(xiàn)重建三維瀑布圖視角的上下左右移動。

上述方法還包括數(shù)據(jù)比對步驟：

選擇不同試驗的同一參數(shù)數(shù)據(jù)；按照步驟4)所述方法重建數(shù)據(jù)并在同一界面顯示不同試驗的同一參數(shù)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明針現(xiàn)有的對LMS Test.Lab Rev軟件中自動生成的三維瀑布圖導出.txt格式的文本數(shù)據(jù)進行提取與處理，重建新的三維瀑布圖，新的三維瀑布圖解決了當前LMS Test.Lab Rev的Desktop-Advanced軟件自動生成的單色三維瀑布圖頻譜數(shù)據(jù)顯示混疊、顯示效果模糊、區(qū)分度不強的缺陷并且解決了不便于操作人員進行分析處理的問題。。

2、本發(fā)明采用單色三維瀑布圖、凝固狀三維瀑布圖以及彩色(紅、黃、藍)三維瀑布圖，使得三維瀑布圖的表現(xiàn)形式多樣化，操作人員可以根據(jù)需要選擇三維瀑布圖的表現(xiàn)形式，同時彩色(紅、黃、藍)三維瀑布圖使得不同時刻譜線與譜線之間區(qū)分更加明顯，使得不同量級的幅值數(shù)據(jù)區(qū)分更加明顯。

3、本發(fā)明通過動態(tài)視角查看實現(xiàn)了通過拖動鼠標方便、快捷地調節(jié)數(shù)據(jù)分析的視角，省去現(xiàn)有的軟件中一系列繁瑣操作，使得數(shù)據(jù)分析更加快捷高效。

4、本發(fā)明通過頻譜切片擴展了對不同時刻頻譜曲線數(shù)據(jù)快速提取的功能，即頻譜切片，增加了對頻譜數(shù)據(jù)降維分析的能力。

5、本發(fā)明通過數(shù)據(jù)比對擴展了三維瀑布圖比對的功能，增強了對頻譜數(shù)據(jù)比對分析的能力。

附圖說明

圖1為LMS Test.Lab Rev軟件三維瀑布圖功能數(shù)據(jù)顯示效果圖。

圖2為LMS Test.Lab Rev軟件設置視角角度對話框截圖。

圖3為LMS Test.Lab Rev軟件三維瀑布圖導出的txt格式數(shù)據(jù)截圖。

圖4為本發(fā)明方法的單色三維瀑布圖效果圖。

圖5為本發(fā)明方法的凝固狀三維瀑布圖效果圖。

圖6為本發(fā)明方法的彩色三維瀑布圖效果圖。

圖7為本發(fā)明方法的三維瀑布圖提取頻譜切片功能效果圖。

圖8為LMS Test.Lab Rev軟件改變視角后三維瀑布圖效果圖。

圖9為本發(fā)明方法的三維瀑布圖某一視角改變后效果圖。

圖10為本發(fā)明方法的三維瀑布圖重建、顯示與分析流程圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明作進一步詳細地說明。

本發(fā)明不僅解決了LMS Test.Lab Rev軟件只能在屬性對話框中修改視角參數(shù)，不便于用戶靈活查看數(shù)據(jù)的缺點，而且解決了單色三維瀑布圖數(shù)據(jù)顯示混疊、顯示效果模糊、區(qū)分度不強等缺點，提出了一種發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)三維瀑布圖重建、多種模式顯示、多種模式分析的方法，在獲得較好用戶體驗的同時保證振動與噪聲測量領域三維瀑布圖數(shù)據(jù)顯示的高效性、可靠性。

本發(fā)明的系統(tǒng)基于現(xiàn)有的LMS Test.Lab Rev軟件開發(fā)，圖10為對三維瀑布圖重建的算法流程圖，其中對三維瀑布圖重建的細節(jié)部分進行詳細闡述，方法步驟包括：

步驟1)如圖3所示，從LMS Test.Lab Rev的Desktop-Advanced軟件的原始三維瀑布圖中導出txt格式文件；所述txt格式文件包括頭文件信息字符串和頻譜數(shù)據(jù)：所述頻譜數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列字符串按以下規(guī)律排列：頻率列為第一列，幅值列和相位列交替排列；

步驟2)從txt格式文件中讀取頻譜數(shù)據(jù)中的幅值列數(shù)據(jù)；頻譜數(shù)據(jù)是三維瀑布圖中時間坐標軸上每個時刻對應的幅值列；

步驟3)將頻譜數(shù)據(jù)存儲為二維數(shù)組；二維數(shù)組中行對應的是三維瀑布圖中的頻率坐標軸，所述二維數(shù)組中列對應的是三維瀑布圖中的幅值坐標軸；

步驟4)重建；

步驟4.1)構建三維坐標系；三維坐標系包括頻率坐標軸、時間坐標軸、幅值坐標軸；

步驟4.2)設置顯示視窗、投影矩陣并在內存中開辟一塊緩沖區(qū)；

注：此處顯示視窗是將MFC應用程序的界面部分，也是為了建立三維坐標系，在三維坐標系上繪制三維瀑布圖做準備，可以看做是應用程序的初始化；

步驟4.3)循環(huán)讀取二維數(shù)組中行數(shù)據(jù)繪制在三維坐標系中的頻率坐標軸，循環(huán)讀取二維數(shù)組中列數(shù)據(jù)繪制在三維坐標系中的幅值坐標軸；

所述三維坐標系中頻率坐標軸的繪制方式是從所述頭文件信息字符串中的“Frequency resolut ion”字符串讀取頻率間隔值；從所述頭文件信息字符串中的“X axis”字符串讀取頻率范圍，利用頻率間隔值和頻率范圍來繪制頻率坐標軸；

三維坐標系中時間坐標軸的繪制方式是從所述頭文件信息字符串中的“Tracking time”字符串繪制時間坐標軸；

步驟4.4)從頻譜數(shù)據(jù)的幅值列直接讀取幅值再乘以投影矩陣得到三維坐標系中的幅值的數(shù)據(jù)；在顯示視窗中顯示繪制好的頻率坐標軸、時間坐標軸、幅值坐標軸數(shù)據(jù)，形成三維瀑布圖；所述三維瀑布圖為單色三維瀑布圖、凝固狀三維瀑布圖以及彩色三維瀑布圖；

如圖4所示，單色三維瀑布圖繪制方法是：

循環(huán)讀取重建時頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組，將不同時間的幅值列的個數(shù)作為第一層循環(huán)次數(shù)，將頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組的第二維對應的不同頻率的個數(shù)的作為第二層循環(huán)次數(shù)，繪制不同時刻的頻譜切片曲線，在OpenGl中調用函數(shù)glColor3f設置每條頻譜曲線的顏色值，并用灰色繪制每條頻譜曲線的邊框，形成單色三維瀑布圖；所述二維數(shù)組中行對應的是三維瀑布圖中的頻率坐標軸，所述二維數(shù)組中列對應的是三維瀑布圖中的幅值坐標軸；

如圖5所示，凝固狀三維瀑布圖的繪制方法是：

首先以每條頻譜曲線繪制寬帶，然后循環(huán)讀取重建時頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組，將不同時間的幅值列的個數(shù)作為第一層循環(huán)次數(shù)，將頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組的第二維對應的不同頻率的個數(shù)的作為第二層循環(huán)次數(shù)，繪制不同時刻的頻譜切片曲線，并用灰色繪制每條頻譜曲線的邊框，形成凝固狀三維瀑布圖；所述寬帶是將相近的數(shù)據(jù)凝固化顯示，突出較大值數(shù)據(jù)；所述二維數(shù)組中行對應的是三維瀑布圖中的頻率坐標軸，所述二維數(shù)組中列對應的是三維瀑布圖中的幅值坐標軸；

如圖6所示，彩色三維瀑布圖的繪制方法是：

循環(huán)讀取重建時頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組，將不同時間的幅值列的個數(shù)作為第一層循環(huán)次數(shù)，將頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組的第二維對應的不同頻率的個數(shù)的作為第二層循環(huán)次數(shù)，繪制不同時刻的頻譜切片曲線，同時，取幅值數(shù)據(jù)中的最大值將其分為三段得到兩個顏色閾值，三段對應三種不同顏色，將當前所要顯示的幅值數(shù)據(jù)和顏色閾值進行比較，顯示相對應的顏色。所述二維數(shù)組中行對應的是三維瀑布圖中的頻率坐標軸，所述二維數(shù)組中列對應的是三維瀑布圖中的幅值坐標軸；

步驟5)分析；

分析方法包括頻譜切片提取數(shù)據(jù)，具體做法是：

用戶從三維瀑布圖中選擇某時刻；將頻譜數(shù)據(jù)存儲的二維數(shù)組中行作為索引，循環(huán)讀取某時刻的頻率坐標軸和幅值坐標軸，寫入到txt文件；所述二維數(shù)組中行對應的是三維瀑布圖中的頻率坐標軸，所述二維數(shù)組中列對應的是三維瀑布圖中的幅值坐標軸；導出的txt數(shù)據(jù)用來詳細分析頻譜數(shù)據(jù)。圖7為本發(fā)明方法的三維瀑布圖提取頻譜切片功能效果圖。

分析方法還包括動態(tài)視角查看，具體做法是：：

根據(jù)實時監(jiān)測的鼠標坐標值，通過調用MFC中響應鼠標坐標移動變化的消息響應函數(shù)實現(xiàn)重建三維瀑布圖視角的上下左右移動。動態(tài)視角查看用于改變三維瀑布圖視角來顯示數(shù)據(jù)，視角改變范圍為前、后、左、右上下各90度。圖8為LMS Test.Lab Rev軟件改變視角后三維瀑布圖效果圖。圖9為本發(fā)明方法的三維瀑布圖某一視角改變后效果圖，從中很明顯可以看出，本發(fā)明方法解決了三維瀑布圖顯示效果不足的一系列缺點。

分析方法還包括數(shù)據(jù)比對用于實現(xiàn)同一界面顯示兩個不同時間的三維瀑布圖的對比用于進行實驗數(shù)據(jù)的對比分析，其具體步驟是：

選擇不同試驗的同一參數(shù)數(shù)據(jù)；按照步驟4)所述方法重建數(shù)據(jù)并在同一界面顯示不同試驗的同一參數(shù)數(shù)據(jù)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不限于本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化，比如開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)過程中，基于硬件采集板卡采集到的自定義格式的二進制文本數(shù)據(jù)利用本發(fā)明思想進行繪制三維瀑布圖，又比如抽取某幾個模塊做成控件程序、單文檔程序、多文檔程序，或是將應用本發(fā)明核心思想做成實時三維瀑布圖重建、顯示和分析程序等等。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍內。