1 研究背景
我們通過火箭姿態姿態控制CAD系統進行控制器設計和仿真計算，然而,這些我們設計的這些控制器結果和仿真計算得出的頻域分析結果、時域仿真結果都是重要的仿真數據，都需要有組織地存儲起來，以便后期查看、輸出技術文檔等等。因此設計具有數據管理功能的火箭姿態控制CAD數據管理系統有非常重要的意義。CAD數據管理系統為火箭姿態控制CAD系統提供數據支持。同時，有助于提高設計仿真效率的數據管理系統也是箭姿態姿態控制CAD系統的重要系統組成。
CAD數據管理系統的核心部分是數據庫，它不僅要存儲歷次仿真中積累下來的大量珍貴的仿真數據，還要存儲各種紛繁的仿真計算用的方程參數數據。然而要對這些關系紛繁的參數數據進行查看、編輯、分析，單靠數據庫管理系統(DBMS)提供的用戶界面是很不方便的，因此就需要開發一個數據庫前端界面軟件，即CAD數據庫管理軟件。此CAD數據管理系統應具有的一個比較人性化的功能，就是能給用戶提供簡單易用的手工錄入數據界面，以便可以手工設置各別仿真模型的參數。顯然，這些參數數據不是記錄在文件中的，而是需要人工根據情況輸入的，無法用批處理的方法統一導人數據庫i3i。此外，通過此CAD數據庫管理軟件可以向數據庫導入仿真任務書中的參數，然后形成統一格式的數據庫記錄，以便于為姿態控制仿真程序提供計算參數。同樣，控制器的設計結果，仿真程序的計算結果也保存在數據庫中，以便利用數據管理系統實現結果數據查詢、數據分析、技術報表自動生成等功能，為用戶提供有關火箭姿態控制器設計方案的性能的重要信息。
同時，還要通過CAD數據管理系統對系統數據庫進行維護。用戶不必掌握深厚的數據庫知識，只需通過CAD數據管理系統進行簡單的操作，就可以對用信息戶、仿真文件、仿真數據等數據進行管理，也可以對整個數據庫的進行多種方式的備份或恢復。
本文主要研究可以滿足以上背景需要的火箭姿態控制CAD數據管理系統的設計。此數據管理系統是整個CAD及仿真系統的為支持平臺，它是在基于SQL Server 2008數據庫的仿真系統數據庫基礎之上開發的。
2 CAD數據管理系統功能模塊設計
2.1 需求分析
要設計一個數據管理系統，首先要做好此系統的需求分析，確定都有哪些功能模塊以及每個功能模塊都要實現哪些功能。
對于火箭姿態控制CAD數據管理系統，主要的工作流程可以如下描述：用戶通過登錄模塊驗證用戶身份，登錄系統并獲得相應的操作權限；通過任務管理模塊創建任務、批量導人參數；參數處理模塊為用戶將要進行的仿真任務提供所需計算參數；設計及仿真任務結束時，將結果保存至數據庫，而且用戶可以通過數據查詢模塊，按一定的條件查詢歷史仿真結果并可以自動輸出相應的技術報表；用戶通過文檔管理模塊可以對原始參數數據文件、生成的技術報表文檔進行管理；具有系統管理員權限的用戶可以通過系統維護模塊對系統數據庫進行備份、還原等系統維護操作。
2.2 系統功能模塊設計
根據以上功能需求描述和實際情況，我們劃分出以下幾個系統模塊．并詳盡指出每個模塊應實現的功能。
登錄模塊：利用賬戶號、密碼進行系統登錄功能；新用戶注冊功能；數據庫連接配置功能。
任務管理模塊：按火箭級數創建仿真任務功能；為任務批量導入、修改、刪除仿真參數的功能。
用戶管理模塊：用戶仿真任務的管理功能，包括任務的選擇、切換、刪除；用戶信息的修改、添加和刪除功能。
計算參數的處理與提供模塊：按照指定的插值方式完成參數的插值計算功能，其中插值方式有線性插值、保持、置零三種方式，對于秒點、階次的不同所帶來的特殊的插值情況，插值程序能夠自動識別處理；參數以統一的格式保存在數據庫中，為頻域分析程序、控制器設計程序、時域仿真計算程序、起飛漂移計算程序供計算參數。
數據查詢模塊：按用戶、時間、技術指標等查詢條件對歷史仿真結果進行查詢功能；導出查詢結果并自動生成技術報表功能。查詢結果包括頻域分析、時域仿真的數值型結果和曲線圖型的結果。
文檔管理模塊：可以完成仿真參數數據文件、仿真結果報告等文檔的管理功能。譬如添加、刪除、移動、復制等功能。
系統維護模塊：系統數據的備份、還原功能，備份的方式包括完全備份和差異備份；根據數據庫日志文件的大小，對日志文件定期維護的功能。
每一個功能模塊中的所有功能都在一個界面上實現。我們都要對每個功能模塊設計相應的界面。界面的設計在本文中暫不討論。
3 技術方案
3.1 系統架構確定
為了簡化研究和設計的復雜性，無論是在看待整個計算機系統的觀點上還是在某個具體軟件系統的實現中，人們都傾向于采用一種分層結構的思想。在常見的數據管理系統中，模塊化的分層設計模型是提高系統可用性和可維護性的主要途徑。常見的分層架構有“雙層架構模式”和“三層構架模式”。然而，三層構架相比于雙層架構有具有結構清晰、耦合度低、可擴展性和可維護性高、容易適應需求變化等優點。這里所說的三層架構，不是指物理上的三層，不是簡單地放置三臺機器就是三層體系結構，也不僅僅有B/S應用才有三層架構，三層是指邏輯上的三層。通過引入中間層，將復雜的系統功能從傳統的雙層結構(Clien-tServer)應用模型中分離出來，并提供了可伸縮、易于訪問、易于管理的方法，可以將多種應用服務分別封裝部署于應用服務器，同時增強了應用程序可用性、安全性、封裝復用性、可擴展性和可移植性，使用戶在管理上所花費的時間最小化，從而實現了便捷、高效、安全、穩定的系統應用。
針對本CAD數據管理系統，將利用“三層構架模式”進行設計，進而提高系統的可用性和可維護性。所謂的三層架構就是在表示層、數據訪問層之間加入了一個業務邏輯層，它與表示層、數據訪問層共同構成三層體系，如圖1所示。在本系統中，表示層即為用戶界面，業務邏輯層即為設計仿真計算層。
圖1 三層構架模式
3.2 數據訪問層技術選擇
根據不同數據管理系統的工作環境，我們應選擇相對適合的通用數據訪問技術。
在火箭姿態CAD數據管理系統中，在進行設計或仿真計算時，要獲得最佳的數據訪問性能，就需要從數據庫中讀取大量的參數數據并把數據緩存至內存中，以供設計或仿真程序使用。然而，在這么多的通用數據訪問方法中，ADO.NET類是唯一的能以斷開連接的方式工作的通用數據數據訪問技術。利用ADO.NET數據訪問技術，用戶可以從服務器端訪問、下載參數數據，并將所需的大量的參數緩存至內存中，然后就和數據庫服務器或數據存儲斷開連接。而一旦設計或仿真計算程序處理完數據，還能再次連接上原來的數據存儲，并將改動的內容更新到數據存儲上。
所以，針對本系統的工作特點，我們將選用ADO.NET通用數據訪問技術作為系統數據訪問層的實現技術。
4 數據庫基表設計
數據管理系統的每個界面及其上面的功能都與數據庫中的數據一一對應、密切相關。在保證系統功能模塊之間低耦合或無耦合的前提下，我們為每個功能模塊建立一張能與此功能模塊相對應的數據庫基表，其中有下劃線的字段為其基表的組合主鍵，數據庫采用SQL Server 2008。下面是數據庫基表的設計，基表之間的關系如圖2所示。
圖2 數據庫基表關系圖
任務信息表：
火箭代號，級數，版本號，任務編號，創建人，起始時間，結束時間，備注。
用戶信息表：
用戶ID，密碼，姓名，性別，是否是管理員，
是否記住密碼，上次任務編號，備注
用戶任務信息表：
用戶ID，任務編號，用戶任務結果ID，是否是設計人員（任務類型），……各個通道存儲時間字段……，備注，
控制器設計參數表：
用戶任務結果ID，控制器類型，秒點，……（各個控制器參數字段）……
參數基表（模型）：
任務編號，值類型，值狀態，秒點，階次，……（各個參數字段）……
仿真結果基表（模型）：
用戶任務結果ID，值狀態，秒點，……（各個仿真結果字段）
在以上基表中，任務信息表對應著任務管理模塊，存儲有系統關任務的屬性信息；用戶信息表對應著登錄模塊，存儲賬戶、密碼、等用戶信息；用戶任務信息表存儲有關用戶各自所做的任務的信息；控制器設計參數表存儲用戶每個任務設計的控制器參數取值。其中，參數基表具體包括剛體參數、振動參數、晃動參數、控制觀測參數、起飛漂移參數、滾動參數表，分別存儲每個任務對應參數類型的參數值。仿真結果基表包括時域各個通道的結果狀態表，也包括頻域分析各個通道的裕度表、結果狀態表，分別存儲每個任務對應的設計、仿真結果值。數據查詢模塊就是根據各個仿真結果基表中的數據，完成按條件結果數據查詢、技術報表自動輸出等功能。
5 結束語
本文給出了相對比較合理的系統模塊劃分、數據庫設計和實現技術的選擇，為真正編碼實現火箭姿態控制CAD系統打下了全面堅實的技術基礎。
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