1、2022年第46卷第10期87Parts and ApplicationS器 件 与 应 用文献引用格式：张帆.强电磁干扰下的通信效应分析管理系统设计与实现 J.电声技术，2022，46（10）：87-90.ZHANG F.Design and implementation of communication effect analysis and management system under strong electromagnetic interferenceJ.Audio Engineering，2022，46（10）：87-90.中图分类号：TP311.3 文献标识码：A DOI：10
2、.16311/j.audioe.2022.10.025强电磁干扰下的通信效应分析管理系统设计与实现张 帆（杨凌职业技术学院，陕西 咸阳 712100）摘要：随着信息技术和互联网技术的高速发展，计算机通信环境日益复杂。强电磁脉冲会威胁到电子通信系统的正常运行，研究强电磁脉冲对电子通信系统的效应规律显得至关重要。现有的研究中，数据采集、数据存储、数据分析、误码统计有诸多不便。强电磁干扰下通信效应分析管理系统的实现，可以提高工作人员的工作效率，将数据采集、数据存储、数据处理等过程化繁为简。基于此，详细介绍强电磁干扰下的通信效应分析管理系统的设计与实现过程。关键词：软件工程；数据通信；效应分析Desi
3、gn and Implementation of Communication Effect Analysis and Management System under Strong Electromagnetic InterferenceZHANG Fan(Yangling Vocational and Technical College,Xianyang 712100,China)Abstract:With the rapid development of information technology and Internet technology,the computer communica
4、tion environment is increasingly complex.Strong electromagnetic pulse will threaten the normal operation of electronic communication system.It is very important to study the effect law of strong electromagnetic pulse on electronic communication system.There are many inconveniences in data collection
5、,data storage,data analysis and bit error statistics in existing studies.The implementation of communication effect analysis and management system under strong electromagnetic interference can improve the working efficiency of the staff,and simplify the process of data acquisition,data storage and d
6、ata processing.Based on this,this paper introduces the design and implementation of communication effect analysis management system under strong electromagnetic interference in detail.Keywords:software engineering;data communication;effect analysis0 引 言强电磁干扰会对数字通信系统产生一定的影响。在强电磁干扰下，通信传输过程会发生位变化、位丢失，造
7、成系统宕机甚至发生误操作，造成不可估量的损失1。目前，电磁效应已经有很多分类，比如误码、芯片复位、中断甚至永久性损坏 2。现有的强电磁环境下的通信效应分析研究中，数据采集、数据存储、数据备份、数据对比以及数据分析需要人工参与。因此，迫切需要利用软件工程技术，设计并实现高效、自动化的强电磁干扰下的通信效应分析管理系统，研究分析强电磁干扰对通信系统的干扰。1 设 计1.1 系统功能设计强电磁干扰下通信效应分析管理系统的需求主要分为实验管理、实验展示、数据分析、数据存储以及前端显示 3，系统的功能结构如图 1 所示。（1）实验管理模块。实验管理模块可以发送和接收数据。实验之前，用户可手动添加实验参数
8、。发送完成之后，系统自动对比发送前与经过干扰后接收的数据，计算误码 4。（2）数据存储模块。数据存储模块包括 MySQL存储元数据、实验数据，采用数据压缩技术、HDFS 数据存储技术。此模块对实验数据进行存储、查询 5。作者简介：张 帆（1991），女，硕士，助教，研究方向为软件工程。2022年第46卷第10期88器 件 与 应 用arts and ApplicationsP（3）数据分析模块。数据分析模块具有统计实验数据、选定分析方法、给出分析报告等功能。统计实验数据包括统计实验的参数，如电压、波特率、端口号、文件大小、实验时间以及脉冲图等数据。分析方法中，可选的有两种，一种是通过蒙特卡洛仿
9、真位错误的概率，对比同种脉冲强度下仿真数据和实验数据的拟合度，从而对错误机制进行归类 6-7；另一种是通过位错误中各种错误操作占比分析强电磁脉冲对通信误操作的影响。（4）实验展示模块。实验展示模块包括实验物理设计图展示、实验现场图展示、实验数据展示、数据分析报告展示，用户可以查看、下载实验的物理设计图与实验现场装置图，浏览和下载数据分析报告。（5）前端显示模块。前端显示模块完成用户管理和前端页面管理。用户管理包括用户权限认定，用户的注册、登录及注销等基本操作。1.2 系统软件体系结构本系统软件架构设计采用经典的分层结构，分为三层，从下至上分别为数据访问层、业务逻辑层以及 Web 交互层。（1）
10、数据访问层。数据访问层是对非原始数据的操作层，为业务逻辑层和表示层提供数据服务，包括将实验原数据通过 Mybatis 存入数据库中，将CSV 格式数据添加到数据库中。（2）业务逻辑层。业务逻辑层是对数据层的操作，对数据业务逻辑处理。在业务逻辑中，每一个业务和每一次访问都会转换成对象，通过对象实现数据的调用、解析、转换，主要包括数据调用、数据查询、数据对比等操作。（3）Web 交互层。Web 交互层实现系统与用户的交互，主要包括用户管理、实验管理、权限管理、数据分析结果展示和分析报告下载等。Web 交互层使用 Bootstrap 实现 Web 页面的整体布局，采用 HighCharts 实现 W
11、eb 页面中的绘图，采用 Ajax实现数据异步访问，无跳转刷新页面，减少等待时间，带来良好的用户体验。2 实 现2.1 实验管理模块实验管理模块进行实验操作，产生实验数据，采集实验数据。用户进入实验管理模块，选择实验类型，打开相应的发送端软件和接收端软件，设置实验参数，比如实验波特率、电压、端口等，计算误码的权值。设置参数后，用户添加实验文件，系统从本地上传文件到发送端软件，此时发送文件到接收端软件，文件传输过程中，在传输线周围加重频电磁脉冲干扰传输，接收端接收文件后，系统使用MED 算法计算传输前后的文件误码。实验完成后，软件将实验数据添加到相对应的数据库中，实验完成。RS-232/RS-4
12、85 串口通信发送端界面如图 2 所示，接收端界面如图 3 所示。实验物理设计展示实验现场图展示4种实验数据展示实验分析报告展示统计实验数据选定分析方法给出分析报告数据压缩处理HighCharts框架Bootstrap框架用户注册登录HDFS分布式MySQL存储信息网线实验模块实验模块实验展示模块强电磁干扰下通信系统效应的实验管理和分析系统数据分析模块数据存储模块前端显示模块RS-232实验模块RS-485实验模块CAN总线模块图 1 系统的功能结构图2022年第46卷第10期89Parts and ApplicationS器 件 与 应 用图 2 RS-232/RS-485 发送端图 3 R
13、S-232/RS-485 接收端2.2 数据存储模块数据存储模块主要是对实验数据、用户数据、数据分析报告、系统文件日志的存储，主要为其他模块提供数据服务。用户数据主要包括用户的基本信息，数据量较小，故存储在 MySQL 数据库中。实验的物理设计图和实验现场图均存储在本地。实验时，根据实验设置的干扰次数不同，每次产生的脉冲图数量不同，最高一次实验可产生 100 张波形图，数据量过大，故采用 HDFS 存储。每次实验结束后，将实验数据通过 snappy 算法压缩后存入分布式文件系统。一般业务系统的日志数据可以对用户的操作行为进行记录，可用于后期分析问题原因。管理员也可以通过日志文件分析用户行为，对
14、用户进行监察，故此系统也对系统日志文件进行存储。2.3 数据分析模块数据分析模块分为统计实验数据、选定分析方法、给出分析报告三个部分。统计实验数据部分，系统按照用户条件，统计所设定条件下的实验数据。选定分析方法后，系统按照用户选定的方法对数据进行分析。使用蒙特卡洛仿真误码分析方法时，重频电磁脉冲影响误码的概率可以使用蒙特卡洛模拟估计获得，这与信道在加性高斯白噪声下的误码率计算方法类似。可以通过将脉冲干扰的样本添加到原始信号然后发送到量化器来模拟重复电磁干扰。应当注意，仿真仅是“单比特误差”，而实验由于数据编码和对准而产生各种结果，因此仿真误差的概率与实验中的误码率不完全相同。图 4 是不同脉冲
15、重复频率下的误码占比折线图，图 5 是仿真结果与实验结果的比较图。2.4 实验展示模块实验展示模块是系统实验分析结果的体现，分为实验物理设计图展示、实验现场图展示、实验数据展示以及实验分析报告展示。图 6 是 RS-232 实验物理设计图和实验装置图。2.5 前端显示模块前端显示模块包括用户注册、登录和注销操RS-232实验数据RS-232实验分析登录首页RS-485实验模块无人机实验模块cnn总线实验模块数据分析模块相关设计数据存储模块RS-232通值实验数据查询RS-232实验分析网线实验模块强电磁干扰下通信效应实验管理与效应分祈系统重复频率下的误码数据来源：实验PRR=20 HzPRR=
16、20 HzPRR=100 HzPRR=100 HzPRR=500 HzPRR=500 HzPRR=2 500 HzPRR=2 500 Hz0.300.250.200.150.100.0500.20.40.60.81.01.2感应电流峰值之间的幅值/A感应电流下的误码1.41.61.82.0RS-232实验模块图 4 脉冲重复频率误码对比图2022年第46卷第10期90器 件 与 应 用arts and ApplicationsP图 5 仿真结果与实验结果比较图图 6 RS-232 实验设计展示界面作，使用 Bootstrap 框架实现界面的整体管理，比如下拉栏和导航栏，使用 HighCharts 框架实现 Web 端的饼图绘制和折线图绘制。用户进入系统的主界面之后，若之前没有注册，需要首先注册用户，按照选项填写个人信息。系统验证个人信息是否合法，验证通过，则系统更新数据库，用户进入系统主页面；如果不通过，返回错误信息。若是之前已经注册过的用户，输入用户名和密码，系统验证账号信息是否正确，若正确，则返回系统主界面，若不正确，则返回错误信息。前端显示模块主要是前端界面的设计，导航栏的设计布