面向航天地面測試環(huán)境監(jiān)測的多源陣列傳感器網(wǎng)絡(luò)

崔 娟，趙 陽，李 剛，張浩凌，鄭永秋

(1.中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動態(tài)測試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 太原 030051; 2.北京空間飛行器總體設(shè)計部， 北京 100094)

1 引言

地面測試作為航天器制備過程的重要環(huán)節(jié)，旨在對航天器的潛在故障進(jìn)行預(yù)分析。航天器地面測試環(huán)境龐大且復(fù)雜，其外圍測試所需的發(fā)熱、大功率設(shè)備會對局部環(huán)境造成溫度變化，因此需要在測試環(huán)境周邊如廠房等有針對性地分布傳感節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行遠(yuǎn)程測量。目前針對航天器地面測試環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)尚未有完善的解決方案。張福生等提出了一種遠(yuǎn)程環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)體積小、可實(shí)現(xiàn)8路溫濕度、煙霧濃度測量，實(shí)現(xiàn)了對測試環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控。然而，這套環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測參量過少，無法覆蓋航天器地面測試不同測試階段對環(huán)境重要參量的側(cè)重性監(jiān)測。事實(shí)上，航天器地面測試存在多個測試平臺，各個平臺對測試環(huán)境的需求不同。不僅需要對分立的多項參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)測試，還要考慮遠(yuǎn)距離傳輸時的電源隔離、電磁干擾等問題。

針對航天器地面測試環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)空白，本文中提出一種多參量、高同步的面向航天器地面測試環(huán)境參量監(jiān)測的多源陣列傳感器網(wǎng)絡(luò)，建立了基于CAN總線的多參量航天器地面測試系統(tǒng)。系統(tǒng)包含溫度、應(yīng)力、濕度、振動、電流多傳感參量，并針對不同測試場景設(shè)計了不同的系統(tǒng)工作模式。通過CAN總線驅(qū)動采集數(shù)據(jù)的高速回傳，實(shí)現(xiàn)了對航天器地面測試環(huán)境的全方位數(shù)據(jù)參量采集。在數(shù)據(jù)顯示與分析部分，系統(tǒng)針對不同傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計了人機(jī)交互界面，采用隨機(jī)森林(random forest,RF)集成算法，通過并行化訓(xùn)練，建立多參量數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析模型，最終實(shí)現(xiàn)對航天器潛在異常情況的預(yù)測與警報。

2 測試系統(tǒng)設(shè)計

本文中提出的地面測試環(huán)境參量監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖1所示，包括人機(jī)交互界面、溫度采集模塊、應(yīng)變采集模塊、濕度、振動采集模塊、電流采集模塊以及頻譜監(jiān)測模塊。其中光纖式溫度、應(yīng)變測量模塊安裝在PCI卡1上，實(shí)時采集到的數(shù)據(jù)通過USB接口傳輸給上位機(jī)；數(shù)字傳感器濕度、振動以及霍爾電流傳感器采集模塊安裝于PCI卡2上，此模塊包含多個傳感器節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)通過CAN總線將采集到的數(shù)據(jù)回傳；頻譜監(jiān)測傳感裝置通過USB3.0接口完成與工控機(jī)的數(shù)據(jù)收發(fā)。由于航天器的地面測試平臺要求環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在電源和信號傳輸上均與航天器系統(tǒng)隔離，避免不必要的干擾，因此整個系統(tǒng)采用AC220V@50 Hz供電，經(jīng)電路的電壓轉(zhuǎn)換模塊處理后滿足各個測試模塊的供電需求。

圖1 多源陣列傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)組成框圖Fig.1 Multi-source array sensor network test system

因此，針對不同的工作平臺，本系統(tǒng)的不同工作模式對監(jiān)測參量的側(cè)重點(diǎn)各有不同，根據(jù)測試平臺和測試階段的不同將測試系統(tǒng)分為3個工作模式：

1) 測試大廳工作模式：此模式下測試周期長，測試參量細(xì)致，設(shè)備多數(shù)處于分立狀態(tài)，因此需要全面地監(jiān)測溫濕度、電纜應(yīng)變、電流和頻譜泄漏等參量，由于此模式下的測試工作不涉及設(shè)備的移動，因此不需要監(jiān)測振動參量。

2) 發(fā)射基地工作模式：電磁干擾對發(fā)射基地的測試過程影響十分嚴(yán)重，故此模式下重點(diǎn)監(jiān)測空間電磁干擾和供電電流，輔助監(jiān)測溫濕度參量，電纜應(yīng)變、振動等參量對測試環(huán)境影響不大，故可以不做監(jiān)測。

3) 轉(zhuǎn)運(yùn)過程工作模式：此模式下的航天器處于未通電狀態(tài)，考慮到運(yùn)輸過程可能對設(shè)備的連接狀況帶來影響，因此只對振動參量進(jìn)行監(jiān)測。

3 傳感模塊及硬件電路設(shè)計

測試系統(tǒng)對溫度和應(yīng)力采用分布式光纖傳感器，對濕度與振動的數(shù)據(jù)采集使用數(shù)字化IC傳感器，對線纜中供電電流的監(jiān)測選用霍爾電流傳感器，以確保采集數(shù)據(jù)的精確性；采用便攜式頻譜接收探頭對測試環(huán)境的頻譜泄漏進(jìn)行監(jiān)測。

3.1 溫度、應(yīng)變傳感模塊設(shè)計

溫度、應(yīng)力的傳感模塊選擇基于掃描半導(dǎo)體激光器的單路光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，原理如圖2所示。主要包括光源部分、傳輸光路部分、信號轉(zhuǎn)換與采集部分和上位機(jī)控制部分。系統(tǒng)運(yùn)行初始由上位機(jī)對激光器的工作模式和參數(shù)進(jìn)行控制，系統(tǒng)光源首先輸出某一波長的光，先經(jīng)隔離器后進(jìn)入1*2耦合器的一端。耦合器剩余兩路中的其中一路用來將光傳輸至后邊一路的FBG陣列，光源經(jīng)FBG傳感器反射得到的光譜則通過另一路耦合器進(jìn)入光電探測器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，然后通過A/D轉(zhuǎn)換之后，由同步數(shù)據(jù)采集卡對傳感光柵信號進(jìn)行采集，同時對激光器的觸發(fā)信號也進(jìn)行同步采集，然后通過USB將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的軟件解調(diào)、顯示等操作。

圖2 解調(diào)系統(tǒng)原理示意圖Fig.2 Demodulation system schematic diagram

本系統(tǒng)中共設(shè)計有4個通道，其中通道一和通道二為溫度傳感系統(tǒng)，通道三和通道四為應(yīng)力傳感系統(tǒng)，每個通道有10個傳感節(jié)點(diǎn)，編號為FBG1～FBG10。

3.2 濕度、振動與電流傳感模塊設(shè)計

濕度監(jiān)測使用SHT30溫濕度傳感器中的濕度測量模塊。該傳感器是一個集成度極高的傳感器芯片，自帶穩(wěn)壓電路，引腳電平兼容3.3 V與5 V的嵌入式系統(tǒng)，支持串口與ⅡC兩種數(shù)字接口，數(shù)據(jù)輸出速率在0.1～100 Hz內(nèi)可編程選擇，不僅使用便捷，而且達(dá)到了較高的測量精度，濕度測量精度可達(dá)到±2%RH。

振動監(jiān)測使用JY61P姿態(tài)傳感器實(shí)現(xiàn)。此模塊集成了高精度的陀螺儀、加速度計、高性能的微處理器和先進(jìn)的動力學(xué)解算與卡爾曼動態(tài)濾波算法，可快速求解出模塊當(dāng)前的實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)。該傳感器模塊支持串口與ⅡC兩種數(shù)字接口，數(shù)據(jù)輸出速率在0.1～200 Hz內(nèi)可編程選擇。測量精度在靜態(tài)下為0.05°，動態(tài)下為0.1°，穩(wěn)定性極高。

電流傳感器選用霍爾開合電流傳感器HSTS016L，傳感器的測試量程達(dá)到了±20 A，精度與線性度都達(dá)到了1%，且在5 V電源供電下，最大電流消耗僅為12 mA，可在5 μs內(nèi)對電流變化做出響應(yīng)，綜合各方面性能，此款電流傳感器與本系統(tǒng)的匹配度較高。

本測試模塊設(shè)計為獨(dú)立的傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)航天設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)過程中大面積的數(shù)據(jù)監(jiān)測。每個傳感器節(jié)點(diǎn)配有濕度與振動傳感器芯片，通過CAN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與存儲。主控芯片選用STM32F103，考慮到環(huán)境濕度變化較小，故設(shè)置對濕度的數(shù)據(jù)采集速率為1 Hz；而振動數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)運(yùn)過程工作模式的重點(diǎn)監(jiān)測對象，因此其采樣速率為100 Hz。

SHT30溫濕度傳感器與控制芯片的數(shù)據(jù)傳輸通過串口1實(shí)現(xiàn)，振動傳感器通過串口2將采集到的環(huán)境振動數(shù)據(jù)發(fā)送給控制芯片；電流傳感器輸出模擬信號，需經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入控制芯片串口引腳。所有采集的數(shù)據(jù)經(jīng)STM32F103打包后發(fā)送到CAN總線，最終將數(shù)據(jù)回傳到上位機(jī)進(jìn)行顯示、分析與保存。其數(shù)據(jù)流向如圖3所示。

圖3 濕度振動傳感節(jié)點(diǎn)原理框圖Fig.3 Schematic diagram of humidity and vibration sensor node

控制程序通過定時器設(shè)置標(biāo)志來控制單片機(jī)啟動A/D轉(zhuǎn)化及向溫濕度傳感器、姿態(tài)傳感器發(fā)出指令，定時器周期為100 ms，每中斷一次就啟動一次A/D轉(zhuǎn)化；當(dāng)中斷累積到10次時，控制芯片向2個傳感器發(fā)出指令，并將添加了標(biāo)志位的數(shù)據(jù)包發(fā)送到CAN總線上，同時清零計數(shù)?？刂瞥绦蛄鞒倘鐖D4所示。

圖4 控制程序流程框圖Fig.4 Flow chart of control program

3.3 頻譜監(jiān)測

頻譜泄漏監(jiān)測選用超緊湊型接收機(jī)探頭SAM60，射頻前端包含完整的前置放大器、衰減器、5端預(yù)選濾波器、后置放大器，實(shí)現(xiàn)了對9 kHz～6.3 GHz頻段的頻譜監(jiān)測，并針對現(xiàn)場及嵌入式應(yīng)用的需求，對體積、重量、功耗進(jìn)行了優(yōu)化。當(dāng)監(jiān)測環(huán)境發(fā)射一個介于9 kHz～6.3 GHz間的微波信號時，此設(shè)備可以準(zhǔn)確捕捉，達(dá)到精確的頻譜泄漏監(jiān)測。

3.4 傳感器節(jié)點(diǎn)封裝設(shè)計

為了實(shí)現(xiàn)濕度傳感模塊與振動傳感模塊的集成，設(shè)計了一種長方體的封裝結(jié)構(gòu)，在側(cè)面開窗，方便溫濕度傳感器對傳感器節(jié)點(diǎn)外部環(huán)境的數(shù)據(jù)采集，如圖5所示。將內(nèi)部核心電路設(shè)計為上下兩板，上板主要包括控制模塊，下板為傳感器模塊。將內(nèi)部電路的電源、地線、CanH與CanL引出到一個坐針連接器，便于進(jìn)行CAN總線數(shù)據(jù)傳輸時的線纜連接與傳感器節(jié)點(diǎn)的分布式放置。電流傳感節(jié)點(diǎn)需要引出電流環(huán)鉗住被測線纜。

圖5 硬件電路實(shí)物圖Fig.5 Physical drawing of hardware circuit

每個節(jié)點(diǎn)之間通過特制電纜連接，傳感器節(jié)點(diǎn)首先連接“人”字型線纜一，“人”字型線纜的坐針(ZJ)連接器與線纜二的頭孔(TK)匹配連接，下一個傳感器節(jié)點(diǎn)的連接方式相同，如此連接20個節(jié)點(diǎn)形成了一個陣列分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)對航天器地面測試環(huán)境的大面積分布式監(jiān)測。線纜制作過程如圖6。

圖6 線纜制作過程示意圖Fig.6 Schematic diagram of cables

4 上位機(jī)界面設(shè)計

本測試系統(tǒng)的上位機(jī)界面由Labview與C#混合編程實(shí)現(xiàn)，針對地面測試的不同階段場景，選擇不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的上位機(jī)界面，能夠在不同的工作模式下直觀地查看監(jiān)測數(shù)據(jù)。上位機(jī)主要由數(shù)據(jù)庫、后臺組件、數(shù)據(jù)處理引擎、用戶界面4個模塊組成，其中數(shù)據(jù)庫主要用于存儲與管理數(shù)據(jù)，包括溫度、應(yīng)力、濕度、振動、電流和頻譜等傳感信息；后臺組件通過內(nèi)置的API實(shí)現(xiàn)顯示功能；數(shù)據(jù)處理引擎搭建起傳輸網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換與處理的橋梁，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、讀取與顯示。對3種傳感器網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)有軟件界面，設(shè)計有DLL，方便直接調(diào)用不同的上位機(jī)界面，完成各個測試傳感量的數(shù)據(jù)融合與管理。上位機(jī)功能如圖7所示。

圖7 上位機(jī)功能框圖Fig.7 System function diagram

4.1 溫度、應(yīng)力數(shù)據(jù)監(jiān)測上位機(jī)

溫度、應(yīng)力傳感數(shù)據(jù)通過RS485串口協(xié)議完成數(shù)據(jù)的回傳。作為不同傳感模塊的上位機(jī)主界面系統(tǒng)，此界面能直觀顯示當(dāng)前測試大廳的溫度與應(yīng)力變化，精確顯示單條光纖對溫度和應(yīng)力的監(jiān)測數(shù)據(jù)并可實(shí)現(xiàn)不同光纖信道的無縫切換。根據(jù)不同的地面測試環(huán)境，選取不同的工作模式側(cè)重數(shù)據(jù)監(jiān)測，調(diào)取濕度、振動以及頻譜檢測的上位機(jī)界面。其上位機(jī)界面如圖8所示。

圖8 溫度、應(yīng)變上位機(jī)界面Fig.8 Temperature and strain main interface of host computer

4.2 濕度、振動數(shù)據(jù)監(jiān)測上位機(jī)

濕度、振動傳感模塊的數(shù)據(jù)回傳是通過CAN總線實(shí)現(xiàn)的。此模塊的上位機(jī)由C#編程實(shí)現(xiàn)，功能包括串口數(shù)據(jù)接收、CAN傳輸波特率選擇、CAN接口設(shè)備打開與關(guān)閉及信息的顯示、清空與自動保存以及實(shí)時的數(shù)據(jù)曲線繪制和歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。其上位機(jī)界面設(shè)計如圖9所示。

圖9 濕度、振動傳感上位機(jī)界面Fig.9 Humidity and vibration sensor interface of host computer

4.3 頻譜監(jiān)測上位機(jī)

接收機(jī)頻譜監(jiān)測上位機(jī)界面如圖10所示。此模塊的上位機(jī)功能表包括頻譜顯示、全局峰值顯示、基本參量顯示、設(shè)備內(nèi)核溫度監(jiān)測、針對基本參數(shù)、測量參數(shù)與系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置以及主信號處理器等功能模塊。

圖10 頻譜監(jiān)測上位機(jī)界面Fig.10 Spectrum monitoring interface of host computer

5 現(xiàn)場測試及大數(shù)據(jù)模型分析

5.1 溫度傳感網(wǎng)絡(luò)測試

溫度環(huán)境測量主要面向航天器外圍測試的發(fā)熱、大功率設(shè)備對局部環(huán)境造成的溫度變化測量。實(shí)際測試環(huán)境中，大型設(shè)備內(nèi)部最大發(fā)熱溫度不超過70 ℃，同時溫度傳感節(jié)點(diǎn)并不直接接觸設(shè)備，而是圍繞測試大廳以及廠房進(jìn)行分布式布置，因此設(shè)定測試階段最高溫度為70 ℃。為模擬應(yīng)用環(huán)境的溫度變化情況，通過日常使用的吹風(fēng)機(jī)加熱通道2的FBG2傳感節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)放置在不受熱源影響的位置測量環(huán)境室溫，作為實(shí)驗(yàn)對照。加熱過程中，首先對FBG2進(jìn)行持續(xù)加熱一段時間后，讓其自然冷卻一段時間，而后繼續(xù)加熱，記錄溫度變化曲線。實(shí)驗(yàn)中的溫度變化曲線如圖11。

圖11 溫度變化曲線Fig.11 Variable temperature test

5.2 應(yīng)力傳感網(wǎng)絡(luò)測試

為監(jiān)測測試大廳與發(fā)射基地內(nèi)的供電線纜的受損傷情況，將應(yīng)力光纖光柵傳感器與供電線纜貼合固定，一旦供電線纜產(chǎn)生異常形變，監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時的顯示出此異常。本測試針對線纜的不同彎折情況，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如圖12(a)所示，彎折過程如圖12(b)所示。

圖12 線纜彎折測試Fig.12 Cable bending test

5.3 濕度振動傳感網(wǎng)絡(luò)測試

濕度傳感器與振動傳感器封裝在同一傳感節(jié)點(diǎn)中，圍繞測試廠房分布式布置安裝。為進(jìn)行濕度傳感器的功能驗(yàn)證與精確度測試，測試過程中在該傳感節(jié)點(diǎn)的濕度探頭附近放置加濕器，改變測試環(huán)境空氣濕度的變化。最終測試的濕度變化結(jié)果曲線如圖13所示，驗(yàn)證了濕度傳感器的監(jiān)測功能。

圖13 最終測試的濕度變化結(jié)果曲線Fig.13 Curve of humidity change

振動監(jiān)測主要通過監(jiān)測環(huán)境振動，評估航天器運(yùn)輸過程中的設(shè)備連接狀態(tài)，因此主要考慮人員走動和載體拖動產(chǎn)生的振動對設(shè)備連接狀態(tài)的影響。系統(tǒng)設(shè)計的振動測試量程為±16 g，量程較大且靈敏度和精確性滿足實(shí)際應(yīng)用需求。針對航天器運(yùn)輸過程的設(shè)備連接狀態(tài)的監(jiān)測，本測試首先測試人物走動時產(chǎn)生的微弱振動并記錄其數(shù)據(jù)曲線，如圖14(a)所示。然后將傳感節(jié)點(diǎn)放置在機(jī)械設(shè)備上，往復(fù)拖動轉(zhuǎn)運(yùn)載體，進(jìn)行異常數(shù)據(jù)的采集與曲線繪制，如圖14(b)所示。結(jié)果表明本系統(tǒng)的振動傳感節(jié)點(diǎn)對環(huán)境振動量的感知具有極高的靈敏度與準(zhǔn)確性。

圖14 振動測試曲線Fig.14 Vibration test

5.4 電流傳感節(jié)點(diǎn)測試

電流監(jiān)測主要針對航天器分陣式供電進(jìn)行第三方監(jiān)測，監(jiān)測供電箱操作平臺輸出線纜中的電流大小。操作監(jiān)控室中的供電設(shè)備采用二級串聯(lián)的形式，最大輸出電流為15 A，基本滿足大多后端設(shè)備的用電需求，因此本項測試主要針對電流傳感器的測量范圍與測量精度進(jìn)行測試與驗(yàn)證。控制恒流電源產(chǎn)生0.5～14 A的信號，每次提升0.5 A，測試電流傳感節(jié)點(diǎn)的量程與測量精度，測試場景如圖15(a)所示，采集的數(shù)據(jù)如圖15(b)所示。測試結(jié)果表明，電流傳感節(jié)點(diǎn)的誤差精度控制在±5%，此誤差產(chǎn)生于霍爾元件自身攜帶的測量誤差且在測量時電流環(huán)對供電線纜的鉗制松緊也會影響測量的結(jié)果，滿足了地面測試環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用場景需求。

圖15 電流測試Fig.15 Current test

5.5 大數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練與數(shù)據(jù)預(yù)測

RF算法的要求較為簡單，不會有很高的泛化誤差，并通過降低偏差來不斷提高最終分類器的精度。模型訓(xùn)練首先生成多個訓(xùn)練集，并對每個訓(xùn)練集構(gòu)造決策樹。分裂節(jié)點(diǎn)時，在特征中隨機(jī)抽取一部分特征并在其中找到最優(yōu)解應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)再進(jìn)行分裂。RF的方法由于有了集成的思想，實(shí)際上對樣本和特征都進(jìn)行了采樣，所以可避免過擬合帶來的負(fù)面影響。

通過模擬不同的異常監(jiān)測環(huán)境并進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集，在傳感器網(wǎng)絡(luò)將多個傳感量采集并存儲后，輸入到建立好的模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理與模型訓(xùn)練。本模型旨在根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的值判斷節(jié)點(diǎn)所處環(huán)境是否異樣，為了消除數(shù)據(jù)分布范圍對分類器訓(xùn)練的影響，使用0-1標(biāo)準(zhǔn)化將每個數(shù)據(jù)的特征縮放到0到1的區(qū)間上，也就是用“1”表示環(huán)境正常，用“0”表示環(huán)境異常。

針對溫度、應(yīng)力與振動這3類監(jiān)測數(shù)據(jù)的訓(xùn)練與預(yù)測結(jié)果如表1和表2所示。表中micro表示所有類別總和的性能，macro時每一個類別的性能加和求平均，weighted是每個類別的性能指標(biāo)求加權(quán)平均。而Precision代表模型判定為正的所有樣本中有多少是真正的正樣本，Recall表示所有正樣本有多少模型被模型判定為正，F(xiàn)1則是對Precision和Recall的權(quán)衡結(jié)果。

表1 RF分類器的分類性能參數(shù)數(shù)據(jù)(%)Table 1 Classification performance of RF classifier on test sets of temperature and stress data

表2 RF分類器在振動數(shù)據(jù)的測試集上的 分類性能參數(shù)數(shù)據(jù)(%)Table 2 Classification performance of RF classifier on test sets of vibration data

結(jié)果顯示RF算法在3類數(shù)據(jù)上的分類性能都非常好，且對數(shù)據(jù)的預(yù)測準(zhǔn)確度基本達(dá)到全對的結(jié)果，在本系統(tǒng)應(yīng)用于航天器地面測試環(huán)境參量監(jiān)測時可以發(fā)揮極佳的數(shù)據(jù)預(yù)測能力。

6 結(jié)論

本文提出的針對航天器地面測試環(huán)境的關(guān)鍵參量監(jiān)測的多源陣列傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在不同模式下對監(jiān)測數(shù)據(jù)的側(cè)重采集與分析：1) 可以同步、實(shí)時監(jiān)測地面測試環(huán)境的溫濕度、應(yīng)力、振動、電流等重要參數(shù)；2) 采集速率快、同步性強(qiáng)、融合度高，整套系統(tǒng)采用與航天器系統(tǒng)完全隔離的電源供應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸方式，避免了對航天器產(chǎn)生的干擾；3)通過建立基于隨機(jī)森林集成算法的大數(shù)據(jù)預(yù)測模型，對傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境異常預(yù)測。該研究克服了一般地面測試環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的參量少、難以覆蓋整個測試過程的技術(shù)缺陷，將大數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練與異常預(yù)測技術(shù)加入到傳感器網(wǎng)絡(luò)中，擴(kuò)大了系統(tǒng)在地面測試中的應(yīng)用前景。