基于裝備試驗(yàn)理論的雷達(dá)精度指標(biāo)軟件測試方法*

王 宇 魏永峰

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

基于裝備試驗(yàn)理論的雷達(dá)精度指標(biāo)軟件測試方法*

王 宇1魏永峰2

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

以裝備試驗(yàn)學(xué)和軟件工程學(xué)為理論基礎(chǔ),對雷達(dá)系統(tǒng)精度指標(biāo)軟件測試方法進(jìn)行初步研究。分析現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行精度指標(biāo)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(yàn)理論為基礎(chǔ)的雷達(dá)系統(tǒng)精度指標(biāo)軟件測試方法研究,既是裝備試驗(yàn)與測試經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),同時(shí)也是裝備軟件測試與武器裝備相結(jié)合的理論思考,對科學(xué)合理應(yīng)用裝備專業(yè)理論,提高軍用武備系統(tǒng)軟件測試專業(yè)性理論水平起到初步探索的作用。

精度; 軟件測試; 雷達(dá); 武器裝備

Class Number TP391

1 引言

精度是雷達(dá)武器裝備系統(tǒng)的主要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)之一。早期雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)無嵌入式計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用,精度被認(rèn)為是與硬件功能相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)指標(biāo)。對雷達(dá)系統(tǒng)精度指標(biāo)的考核放在系統(tǒng)定型試驗(yàn)中進(jìn)行,不列入系統(tǒng)軟件定型測評范圍。

現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)從系統(tǒng)層到其組成部件都可能嵌入各種不同的計(jì)算機(jī)應(yīng)用成份,這些成份承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集和處理、數(shù)據(jù)通信、過程控制等各種功能。在這樣的系統(tǒng)中,無論系統(tǒng)硬件質(zhì)量還是軟件質(zhì)量都會對精度指標(biāo)造成影響,此時(shí),再將精度指標(biāo)劃歸為系統(tǒng)硬件質(zhì)量因素決定的指標(biāo)或者軟件影響小的偏硬件指標(biāo)是不合適的。為了保證對雷達(dá)系統(tǒng)精度指標(biāo)的精確驗(yàn)證,從軟件測試的角度,對精度指標(biāo)進(jìn)行測評是十分必要的[1]。

2 雷達(dá)系統(tǒng)精度指標(biāo)軟件測試面臨的問題分析

從雷達(dá)系統(tǒng)信號處理過程來分析。接收機(jī)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(jìn)行信號處理。接收機(jī)系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)通過對輸入信號進(jìn)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(jìn)行混頻、中放,相干檢波,A/D抽樣,脈沖壓縮,MTI固定目標(biāo)對消、取模、積累、恒虛警等處理,最后提取出含有目標(biāo)回波信息的視頻波形。顯示系統(tǒng)顯示由接收機(jī)系統(tǒng)或信號處理系統(tǒng)送來的原始視頻,也可以通過對原始點(diǎn)跡進(jìn)行相關(guān)航跡處理,顯示目標(biāo)航跡[2]。

由此可知,在雷達(dá)信號處理過程中,從前端接收開始到終端顯示,需要進(jìn)行多種形式的信號處理。現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)為了滿足信號處理要求、實(shí)現(xiàn)信號處理目的,發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的方法就是采用數(shù)字信號處理芯片(DSP芯片),這是一種軟硬結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方法,通過選用專用的數(shù)字信號處理芯片,配有適合的語言及任務(wù)要求的軟件,實(shí)現(xiàn)需要的信號處理功能[3]。DSP技術(shù)在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用產(chǎn)生的結(jié)果是:在雷達(dá)系統(tǒng)中,軟件高度集成、軟件與硬件相對統(tǒng)一;無論硬件還是軟件發(fā)生故障,都可以引起系統(tǒng)失效;系統(tǒng)的精度指標(biāo)不僅由硬件決定,軟件也起著決定作用。

從雷達(dá)系統(tǒng)軟件測試慣用的總體策略分析。雷達(dá)系統(tǒng)軟件測評常用的一種方式是,對系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)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(jìn)行測評;測試用例設(shè)計(jì)基于軟件功能,對軟件的全部功能和工作流程進(jìn)行測試;同時(shí),為了滿足部分測試用例的需要,采用實(shí)裝環(huán)境與模擬環(huán)境配合進(jìn)行。

通過以上分析,面對新型雷達(dá)武器裝備系統(tǒng),對系統(tǒng)精度指標(biāo)進(jìn)行軟件測評是十分必要的,系統(tǒng)精度指標(biāo)進(jìn)行軟件測試面臨的主要問題是: 1) 裝備系統(tǒng)軟件與硬件高度集成、相對統(tǒng)一,不容易實(shí)現(xiàn)對指標(biāo)的軟件與硬件剝離,分離出軟件相關(guān)的部分進(jìn)行測試; 2) 裝備軟件測試不應(yīng)與裝備的系統(tǒng)功能和作戰(zhàn)使用脫離,基于軟件功能的測試用例設(shè)計(jì)方法,難以保證測試的充分性和有效性; 3) 如果測試用例執(zhí)行結(jié)合模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行,那么對模擬數(shù)據(jù)形式和注入方式如何進(jìn)行正確選擇,可以保證測試輸出能夠有效屏蔽系統(tǒng)硬件的影響,表征軟件質(zhì)量因素的影響。

3 解決問題的初步思考

根據(jù)對雷達(dá)系統(tǒng)精度指標(biāo)進(jìn)行軟件測試面臨的問題分析,結(jié)合裝備軟件測評的科研經(jīng)驗(yàn),本文提出系統(tǒng)精度指標(biāo)軟件測試方法的基本思路。研究思路的主體是將雷達(dá)系統(tǒng)看成依賴硬件開發(fā)、依托軟件保障的集成系統(tǒng),不對系統(tǒng)精度指標(biāo)進(jìn)行軟件與硬件的強(qiáng)行剝離,而是將雷達(dá)系統(tǒng)整體作為一個(gè)黑盒進(jìn)行測試,測試用例設(shè)計(jì)基于雷達(dá)系統(tǒng)功能和作戰(zhàn)使用;測試用例設(shè)計(jì)和執(zhí)行按裝備試驗(yàn)理論進(jìn)行;分析軟件質(zhì)量對系統(tǒng)精度指標(biāo)的影響。

以裝備試驗(yàn)學(xué)和軟件工程學(xué)作為雷達(dá)系統(tǒng)精度指標(biāo)進(jìn)行軟件測試方法研究的理論基礎(chǔ)。

雷達(dá)系統(tǒng)的精度指標(biāo)是對特定目標(biāo)而言,對目標(biāo)類型、大小有著明確的規(guī)定,應(yīng)按規(guī)定選擇目標(biāo)。裝備試驗(yàn)學(xué)對雷達(dá)系統(tǒng)精度指標(biāo)試驗(yàn)有明確的規(guī)定,包括目標(biāo)選擇、航路要求、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理等。測試用例設(shè)計(jì)基于雷達(dá)系統(tǒng)功能和作戰(zhàn)使用,采用功能分解法、等價(jià)類劃分法和邊界值分析法。以裝備試驗(yàn)中規(guī)定的目標(biāo)、航路航次、氣象條件、環(huán)境條件作為軟件測試中用例設(shè)計(jì)和執(zhí)行的基本條件。雷達(dá)系統(tǒng)對軟件功能的要求是軟件功能應(yīng)滿足雷達(dá)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的要求,這一要求也可作為軟件測試的評判標(biāo)準(zhǔn)[4～6]。具體如下:

1) 測試策略:不對指標(biāo)進(jìn)行軟件與硬件的強(qiáng)行剝離,將雷達(dá)系統(tǒng)整體作為一個(gè)黑盒,在實(shí)際使用環(huán)境或者結(jié)合模擬環(huán)境下進(jìn)行。

2) 測試用例設(shè)計(jì):基于雷達(dá)系統(tǒng)功能進(jìn)行,按照雷達(dá)系統(tǒng)不同工作方式對系統(tǒng)精度的影響程度進(jìn)行分類,采取功能分解法、等價(jià)類劃分和邊界值分析方法。

3) 測試用例執(zhí)行:以裝備試驗(yàn)中規(guī)定的目標(biāo)、航路航次、氣象條件、環(huán)境條件作為測試基本條件,選取測試用目標(biāo),必要時(shí)采用模擬數(shù)據(jù)注入的方式,模擬數(shù)據(jù)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(zhì)量因素影響的要求,分析軟件質(zhì)量對系統(tǒng)精度指標(biāo)的影響。

4) 評判標(biāo)準(zhǔn):軟件功能滿足系統(tǒng)精度指標(biāo)要求。

4 舉例說明

測試對象:某對空警戒雷達(dá)系統(tǒng)軟件。測試內(nèi)容:對空精度。

4.1 測試策略制定

理論上,在正常狀態(tài)下,雷達(dá)系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)性能應(yīng)滿足指標(biāo)要求。但是,雷達(dá)系統(tǒng)擁有多種工作方式,不同的工作方式包含各種工作狀態(tài),這些工作狀態(tài)對系統(tǒng)指標(biāo)的影響是不一樣的。以雷達(dá)處于正常工作狀態(tài)作為約束條件(約束條件是保證雷達(dá)必須正常工作),將雷達(dá)系統(tǒng)按不同工作狀態(tài)進(jìn)行分解,依據(jù)不同工作狀態(tài)對精度指標(biāo)影響程度來劃分等價(jià)類。從軟件測試角度對這些工作狀態(tài)影響系統(tǒng)指標(biāo)的程度來進(jìn)行劃分,可按照“易超標(biāo)”、“不易超標(biāo)”、“介于兩者之間”的工作狀態(tài)劃分等價(jià)類。

集合元素的選取可以按照一定的準(zhǔn)則。集合元素選取基于雷達(dá)系統(tǒng)功能和信息處理功能,結(jié)合具體雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)。

1) 根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)各工作頻點(diǎn),選取工作頻點(diǎn)高、中、低三個(gè)方面;

2) 點(diǎn)跡通道方式,短脈沖、長脈沖兩種方式;

3) 按照雷達(dá)天線威力圖,選取目標(biāo)探測高度,高、中、低三個(gè)層次;

4) 按照波束掃描圖,選取目標(biāo)位置,對空近區(qū)、對空遠(yuǎn)區(qū);

5) 目標(biāo)跟蹤方式選取,粗跟蹤、精跟蹤;單目標(biāo)跟蹤、多目標(biāo)跟蹤;

6) 模擬目標(biāo)選取,模擬目標(biāo)合法性按點(diǎn)跡合法性標(biāo)準(zhǔn)選取;

7) 模擬目標(biāo)能量值選取,按小、適中、大三方面;

8) 數(shù)據(jù)率選取(T1、T2)。

測試用例設(shè)計(jì)和執(zhí)行依據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)精度指標(biāo)試驗(yàn)規(guī)定,包括目標(biāo)選擇、航路設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)錄取和處理等。模擬目標(biāo)注入要注意屏蔽雷達(dá)系統(tǒng)硬件質(zhì)量因素的影響,使輸出結(jié)果表征軟件質(zhì)量因素的影響,針對這一點(diǎn),需要對雷達(dá)系統(tǒng)中涉及信號處理的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)分析,研究這些信號處理功能的實(shí)現(xiàn)方法,才能更好的解決模擬目標(biāo)注入問題。

4.2 測試方法說明

利用模擬目標(biāo)注入,驅(qū)動雷達(dá)系統(tǒng)軟件運(yùn)行。

· 設(shè)定雷達(dá)工作狀態(tài):工作頻點(diǎn):FL/F/FH,點(diǎn)跡通道方式:短脈沖/長脈沖,目標(biāo)跟蹤方式:精跟蹤,單目標(biāo)跟蹤/多目標(biāo)跟蹤,數(shù)據(jù)率:T1/T2。

· 設(shè)定模擬目標(biāo)屬性:

1) 模擬目標(biāo)符合點(diǎn)跡合法性選取標(biāo)準(zhǔn)(比如:信號處理算法中要求點(diǎn)跡在多少距離范圍內(nèi)屬于合法,模擬目標(biāo)不應(yīng)該超越這個(gè)范圍)。

2) 模擬目標(biāo)能量值按系統(tǒng)信號處理算法要求的航跡建批準(zhǔn)則設(shè)定小、適中、大三個(gè)方面。

· 設(shè)定兩類目標(biāo)航路:

1) 模擬目標(biāo)從距離雷達(dá)***公里處起始至距雷達(dá)*公里處結(jié)束,向站飛行。

2) 模擬目標(biāo)從距離雷達(dá)*公里處起始至距雷達(dá)***公里處結(jié)束,背站飛行。

· 數(shù)據(jù)處理方法:誤差統(tǒng)計(jì)法。

· 判定準(zhǔn)則:系統(tǒng)誤差≦精度指標(biāo)。

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(xù)考慮雷達(dá)系統(tǒng)工作在“飽和”、“臨界”等狀態(tài)下進(jìn)行測試用例設(shè)計(jì)。比如,復(fù)雜電磁環(huán)境、壓制干擾、欺騙干擾、滿目標(biāo)錄取、雷達(dá)天線威力覆蓋邊界等來通過雷達(dá)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能的發(fā)揮驗(yàn)證系統(tǒng)軟件質(zhì)量[7～10]。

5 結(jié)語

裝備軟件測試是保證裝備軟件質(zhì)量的最重要手段。信息化的雷達(dá)系統(tǒng)是軟件高度集成的系統(tǒng),系統(tǒng)精度指標(biāo)與軟件關(guān)系十分密切,從軟件角度對系統(tǒng)精度指標(biāo)進(jìn)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(yàn)理論為基礎(chǔ)的雷達(dá)系統(tǒng)精度指標(biāo)軟件測試方法,既是裝備試驗(yàn)與測試經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),同時(shí)也是裝備軟件測試與武器裝備相結(jié)合的理論思考。面對信息化武器裝備系統(tǒng)的軟件測試,科學(xué)合理應(yīng)用裝備專業(yè)理論,體現(xiàn)軍用武備系統(tǒng)軟件測試的專業(yè)性,讓裝備軟件評測在技術(shù)上更為全面、戰(zhàn)術(shù)上更具說服力,提高裝備軟件測試?yán)碚撍狡鸬搅顺醪教剿鞯淖饔谩?/p>

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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