基于裝備試驗理論的雷達精度指標軟件測試方法*

王 宇 魏永峰

(1.91413部隊 秦皇島 066000)(2.91404部隊92分隊 秦皇島 066000)

基于裝備試驗理論的雷達精度指標軟件測試方法*

王 宇1魏永峰2

(1.91413部隊 秦皇島 066000)(2.91404部隊92分隊 秦皇島 066000)

以裝備試驗學和軟件工程學為理論基礎,對雷達系統精度指標軟件測試方法進行初步研究。分析現代雷達系統進行精度指標軟件測評的必要性以及面臨的主要問題,提出解決問題的初步思考。以裝備試驗理論為基礎的雷達系統精度指標軟件測試方法研究,既是裝備試驗與測試經驗的總結,同時也是裝備軟件測試與武器裝備相結合的理論思考,對科學合理應用裝備專業理論,提高軍用武備系統軟件測試專業性理論水平起到初步探索的作用。

精度; 軟件測試; 雷達; 武器裝備

Class Number TP391

1 引言

精度是雷達武器裝備系統的主要戰術指標之一。早期雷達系統設計無嵌入式計算機軟件應用,精度被認為是與硬件功能相關聯的系統指標。對雷達系統精度指標的考核放在系統定型試驗中進行,不列入系統軟件定型測評范圍。

現代雷達系統從系統層到其組成部件都可能嵌入各種不同的計算機應用成份,這些成份承擔著數據采集和處理、數據通信、過程控制等各種功能。在這樣的系統中,無論系統硬件質量還是軟件質量都會對精度指標造成影響,此時,再將精度指標劃歸為系統硬件質量因素決定的指標或者軟件影響小的偏硬件指標是不合適的。為了保證對雷達系統精度指標的精確驗證,從軟件測試的角度,對精度指標進行測評是十分必要的[1]。

2 雷達系統精度指標軟件測試面臨的問題分析

從雷達系統信號處理過程來分析。接收機前端接收信號,接收到的信號往往受到各種干擾噪聲的影響,要對接收到的信號進行信號處理。接收機系統和信號處理系統通過對輸入信號進行各種處理,變換為所希望得到的輸出信號。輸入信號先后進行混頻、中放,相干檢波,A/D抽樣,脈沖壓縮,MTI固定目標對消、取模、積累、恒虛警等處理,最后提取出含有目標回波信息的視頻波形。顯示系統顯示由接收機系統或信號處理系統送來的原始視頻,也可以通過對原始點跡進行相關航跡處理,顯示目標航跡[2]。

由此可知,在雷達信號處理過程中,從前端接收開始到終端顯示,需要進行多種形式的信號處理。現代雷達系統為了滿足信號處理要求、實現信號處理目的,發展最快、應用最廣的方法就是采用數字信號處理芯片(DSP芯片),這是一種軟硬結合的實現方法,通過選用專用的數字信號處理芯片,配有適合的語言及任務要求的軟件,實現需要的信號處理功能[3]。DSP技術在現代雷達系統中的應用產生的結果是:在雷達系統中,軟件高度集成、軟件與硬件相對統一;無論硬件還是軟件發生故障,都可以引起系統失效;系統的精度指標不僅由硬件決定,軟件也起著決定作用。

從雷達系統軟件測試慣用的總體策略分析。雷達系統軟件測評常用的一種方式是,對系統指標進行軟件與硬件剝離,涉及軟件的部分列入測評范圍,硬件影響的部分不進行測評;測試用例設計基于軟件功能,對軟件的全部功能和工作流程進行測試;同時,為了滿足部分測試用例的需要,采用實裝環境與模擬環境配合進行。

通過以上分析,面對新型雷達武器裝備系統,對系統精度指標進行軟件測評是十分必要的,系統精度指標進行軟件測試面臨的主要問題是: 1) 裝備系統軟件與硬件高度集成、相對統一,不容易實現對指標的軟件與硬件剝離,分離出軟件相關的部分進行測試; 2) 裝備軟件測試不應與裝備的系統功能和作戰使用脫離,基于軟件功能的測試用例設計方法,難以保證測試的充分性和有效性; 3) 如果測試用例執行結合模擬數據進行,那么對模擬數據形式和注入方式如何進行正確選擇,可以保證測試輸出能夠有效屏蔽系統硬件的影響,表征軟件質量因素的影響。

3 解決問題的初步思考

根據對雷達系統精度指標進行軟件測試面臨的問題分析,結合裝備軟件測評的科研經驗,本文提出系統精度指標軟件測試方法的基本思路。研究思路的主體是將雷達系統看成依賴硬件開發、依托軟件保障的集成系統,不對系統精度指標進行軟件與硬件的強行剝離,而是將雷達系統整體作為一個黑盒進行測試,測試用例設計基于雷達系統功能和作戰使用;測試用例設計和執行按裝備試驗理論進行;分析軟件質量對系統精度指標的影響。

以裝備試驗學和軟件工程學作為雷達系統精度指標進行軟件測試方法研究的理論基礎。

雷達系統的精度指標是對特定目標而言,對目標類型、大小有著明確的規定,應按規定選擇目標。裝備試驗學對雷達系統精度指標試驗有明確的規定,包括目標選擇、航路要求、試驗條件、試驗方法、數據處理等。測試用例設計基于雷達系統功能和作戰使用,采用功能分解法、等價類劃分法和邊界值分析法。以裝備試驗中規定的目標、航路航次、氣象條件、環境條件作為軟件測試中用例設計和執行的基本條件。雷達系統對軟件功能的要求是軟件功能應滿足雷達戰術技術性能的要求,這一要求也可作為軟件測試的評判標準[4～6]。具體如下:

1) 測試策略:不對指標進行軟件與硬件的強行剝離,將雷達系統整體作為一個黑盒,在實際使用環境或者結合模擬環境下進行。

2) 測試用例設計:基于雷達系統功能進行,按照雷達系統不同工作方式對系統精度的影響程度進行分類,采取功能分解法、等價類劃分和邊界值分析方法。

3) 測試用例執行:以裝備試驗中規定的目標、航路航次、氣象條件、環境條件作為測試基本條件,選取測試用目標,必要時采用模擬數據注入的方式,模擬數據選取和注入方式選取都要符合測試要求,滿足有效屏蔽硬件質量因素影響的要求,分析軟件質量對系統精度指標的影響。

4) 評判標準:軟件功能滿足系統精度指標要求。

4 舉例說明

測試對象:某對空警戒雷達系統軟件。測試內容:對空精度。

4.1 測試策略制定

理論上,在正常狀態下,雷達系統的戰術性能應滿足指標要求。但是,雷達系統擁有多種工作方式,不同的工作方式包含各種工作狀態,這些工作狀態對系統指標的影響是不一樣的。以雷達處于正常工作狀態作為約束條件(約束條件是保證雷達必須正常工作),將雷達系統按不同工作狀態進行分解,依據不同工作狀態對精度指標影響程度來劃分等價類。從軟件測試角度對這些工作狀態影響系統指標的程度來進行劃分,可按照“易超標”、“不易超標”、“介于兩者之間”的工作狀態劃分等價類。

集合元素的選取可以按照一定的準則。集合元素選取基于雷達系統功能和信息處理功能,結合具體雷達系統實際情況綜合考慮,集合元素不需要窮舉,以滿足測試充分性要求為標準。

1) 根據雷達系統各工作頻點,選取工作頻點高、中、低三個方面;

2) 點跡通道方式,短脈沖、長脈沖兩種方式;

3) 按照雷達天線威力圖,選取目標探測高度,高、中、低三個層次;

4) 按照波束掃描圖,選取目標位置,對空近區、對空遠區;

5) 目標跟蹤方式選取,粗跟蹤、精跟蹤;單目標跟蹤、多目標跟蹤;

6) 模擬目標選取,模擬目標合法性按點跡合法性標準選取;

7) 模擬目標能量值選取,按小、適中、大三方面;

8) 數據率選取(T1、T2)。

測試用例設計和執行依據雷達系統精度指標試驗規定,包括目標選擇、航路設計以及數據錄取和處理等。模擬目標注入要注意屏蔽雷達系統硬件質量因素的影響,使輸出結果表征軟件質量因素的影響,針對這一點,需要對雷達系統中涉及信號處理的模塊進行設計分析,研究這些信號處理功能的實現方法,才能更好的解決模擬目標注入問題。

4.2 測試方法說明

利用模擬目標注入,驅動雷達系統軟件運行。

· 設定雷達工作狀態:工作頻點:FL/F/FH,點跡通道方式:短脈沖/長脈沖,目標跟蹤方式:精跟蹤,單目標跟蹤/多目標跟蹤,數據率:T1/T2。

· 設定模擬目標屬性:

1) 模擬目標符合點跡合法性選取標準(比如:信號處理算法中要求點跡在多少距離范圍內屬于合法,模擬目標不應該超越這個范圍)。

2) 模擬目標能量值按系統信號處理算法要求的航跡建批準則設定小、適中、大三個方面。

· 設定兩類目標航路:

1) 模擬目標從距離雷達***公里處起始至距雷達*公里處結束,向站飛行。

2) 模擬目標從距離雷達*公里處起始至距雷達***公里處結束,背站飛行。

· 數據處理方法:誤差統計法。

· 判定準則:系統誤差≦精度指標。

軟件測試不能做到窮舉,而是要求滿足測試的充分性和有效性。還可以繼續考慮雷達系統工作在“飽和”、“臨界”等狀態下進行測試用例設計。比如,復雜電磁環境、壓制干擾、欺騙干擾、滿目標錄取、雷達天線威力覆蓋邊界等來通過雷達系統的作戰效能的發揮驗證系統軟件質量[7～10]。

5 結語

裝備軟件測試是保證裝備軟件質量的最重要手段。信息化的雷達系統是軟件高度集成的系統,系統精度指標與軟件關系十分密切,從軟件角度對系統精度指標進行測評不僅需要,而且是必須的。本文初步探討了以裝備試驗理論為基礎的雷達系統精度指標軟件測試方法,既是裝備試驗與測試經驗的總結,同時也是裝備軟件測試與武器裝備相結合的理論思考。面對信息化武器裝備系統的軟件測試,科學合理應用裝備專業理論,體現軍用武備系統軟件測試的專業性,讓裝備軟件評測在技術上更為全面、戰術上更具說服力,提高裝備軟件測試理論水平起到了初步探索的作用。

[1] 郭久武,陳策,等.裝備軟件定型測評的幾個誤區[J].軍用軟件測評實驗室,2011(3):1-3.

[2] 丁鷺飛,耿富錄.雷達原理[M].西安:西安電子科技大學出版社,2002:5-7.

[3] 齊歡,王小平.系統建模與仿真[M].北京:清華大學出版社,2004:3-10.

[4] 楊榜林,岳全發,等.軍事裝備試驗學[M].北京:國防工業出版社,2002:235-326.

[5] 蕭海林,王祎,等.軍事靶場學[M].北京:國防工業出版社,2012:155-175.

[6] 安樹林,董印權,等.海軍武器裝備試驗仿真技術[M].北京:國防工業出版社,2006:142-295.

[7] Ian Sommerville.軟件工程[M].北京:機械工業出版社,2003:304-313.

[8] 張海藩.軟件工程[M].北京:人民郵電出版社,2002:55-123.

[9] 張海藩.軟件工程導論[M].北京:清華大學出版社,2005:135-172.

[10] 鄭人杰,許靜,等.軟件測試[M].北京:人民郵電出版社,2011:49-76.

A Software Testing Method of Precision of Radar System Based on Equipment Test Theory

WANG Yu1WEI Yongfeng2

(1. No. 91413 Troops of PLA, Qinhuangdao 066000)(2. Unit 92, No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao 066000)

On basis of equipment test theory and software engineering, the software testing method of precision of radar system was studied. The necessity and problems on the software testing method of precision were analysed, and the solutions were provided. This research was the summary on the experiences of equipment test and software testing, and also the thinking on the combination of equipment software testing and weapon equipment. The method was the preliminary exploration of the application of equipment theory and the improvement of military weapon system software testing.

precision, software testing, radar, weapon equipment

2013年7月6日,

2013年8月25日

王宇,女,碩士研究生,工程師,研究方向:裝備軟件測評。魏永峰,男,碩士,工程師,研究方向:電子對抗。

TP391

10.3969/j.issn1672-9730.2014.01.038