雷達偵察裝備軟件測試方法研究

顧濱兵，于慧媛

（解放軍91413部隊，秦皇島066000）

0 引 言

隨著信息化技術特別是軟件技術的發(fā)展，軟件在軍事裝備中的地位和作用越來越突出。但由于軟件故障具有易于引入，難以清除，影響廣泛等特點，軟件問題對裝備整體的影響越來越大，已成為軍事裝備質量的焦點和瓶頸。

軟件測試是保證軟件質量、提高軟件可靠性的重要途徑和必備手段，尤其是對即將列裝的軟件，必須進行嚴格的測試，否則存在的質量隱患會影響軟件的使用，甚至造成不可挽回的損失。因此優(yōu)質高效的軟件測試是確保軍用軟件質量的重要環(huán)節(jié)。

有效的軟件測試方法是保證軟件測試質量的關鍵，針對不同類型專業(yè)軍用軟件的特點，采用切實、有效的測試方法，是軟件測試工作的一項最重要的任務。本文從雷達偵察裝備軟件的特點出發(fā)，探討研究針對性的軟件測試方法。

1 雷達偵察裝備軟件的特點

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，各種雷達以及導彈武器的使用使得電子偵察對戰(zhàn)爭的勝負起著愈來愈大的作用，各種現(xiàn)代化武器效能的發(fā)揮，在很大程度上依賴于雷達效能的發(fā)揮。

雷達偵察以作用距離遠、預警時間長、隱蔽性好、獲取的信息多而準、不受氣候條件的影響等優(yōu)點成為現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭中不可替代的一部分，雷達偵察裝備是目標探測、監(jiān)視和威脅告警的重要手段，在武器裝備系統(tǒng)中扮演著重要的角色［1］。

作為雷達偵察裝備的配套軟件，雷達偵察裝備軟件從信息獲取、信息處理、信息輸出的角度完成裝備的主要功能。它采用多種不同的算法，對信號流進行自動分選，對分選出的雷達信號特征參數(shù)進行分析、識別等處理，最后輸出到相應的顯示設備或引導其它對抗設備進行電子對抗。

從測試和考核的角度，雷達偵察裝備軟件具有以下的特點：

（1）使命任務對雷達偵察裝備軟件的信息傳輸處理速度、對外部事件的快速反應提出了更高的要求，因此，雷達偵察裝備軟件具有高的實時性要求；

（2）作為與硬件裝備高度耦合的軟件，受硬件信息處理能力的影響，被硬件條件所制約；

（3）雖然總的運行流程相對單一，但參數(shù)設置、信號分選、融合識別等數(shù)據(jù)關系復雜，相互依賴性強；

（4）雷達偵察裝備軟件針對特定領域，涉及信號處理的分選、識別、融合等多個方面，算法專業(yè)性強，處理精度要求高；

（5）面臨復雜、不確定和惡劣的使用環(huán)境，要求雷達偵察裝備軟件具有一定的適應性、安全保密性和容錯能力；

（6）作為嵌入式系統(tǒng)軟件，數(shù)據(jù)注入、故障注入、獲取數(shù)據(jù)都比較困難，有的不能通過直接手段獲取數(shù)據(jù)，有的需要借助特殊的儀器設備或傳輸設備。

2 以往軟件測試中存在的一些問題

軍用軟件測試就是軟件測評機構按照國家軍用標準，考核軟件是否符合技術文件的要求，發(fā)現(xiàn)并幫助改進軟件中存在的錯誤，確保應用程序能夠穩(wěn)定高效地運行的活動，是確保軟件質量、提高軟件可靠性的關鍵步驟。

以往軟件測試雖然也都是按照GJB141《軍用軟件測試指南》等國家軍用標準規(guī)定開展的，使用了很多通用的軟件測試方法和一些常規(guī)的測試手段，但在針對性、有效性、完整性方面存在一些不足，影響了測試工作的效率和效果。

2.1 數(shù)據(jù)生成方面

作為嵌入式系統(tǒng)，受系統(tǒng)信息輸入的限制，有些數(shù)據(jù)不是從軟件前端輸入的，比如輸入某載頻為1GHz的雷達信號，受測試條件限制，必須通過從射頻前端注入射頻信號，無法直接輸入信號數(shù)據(jù)，而這種輸入在中間環(huán)節(jié)可能發(fā)生“值漂移”，在軟件前端不一定正好是1GHz信號。以往測試通常未考慮這種“漂移”，影響了等價類劃分、邊界值分析等測試方法的使用，未完全達到預期的測試效果。

2.2 硬件約束方面

一般說來，軟件由于自身特點，進行信息處理時的數(shù)據(jù)范圍更廣、靈活性更強，因此對軟件進行考核時，既要考慮當前硬件條件下軟件的工作情況，還要考慮在硬件條件適當放寬時軟件真實的處理能力。比如假設某型雷達偵察裝備可處理的俯仰范圍為－10°～ ＋10°，以往軟件測試對－10°和＋10°及其邊界的數(shù)據(jù)進行測試，而未進行軟件實際能力的探索性測試，對“純軟件”的真實性能情況不掌握。

2.3 專業(yè)算法方面

以往軟件測試一般較多地對軟件實現(xiàn)的正確性進行測試，而對軟件專業(yè)算法的合理性考核較少，尤其是對雷達偵察裝備軟件來說，信號分選、信號識別和融合等既要考慮既定算法實現(xiàn)的正確性，還要考慮算法本身是否符合正常邏輯和戰(zhàn)術合理性。

2.4 惡劣環(huán)境方面

以往軟件測試大都在“環(huán)境干凈”的實驗室條件下進行，而外場試驗大都是在實戰(zhàn)化復雜電磁環(huán)境下進行考核，出現(xiàn)了雷達偵察裝備軟件內場測試合格，外場試驗不過關的情況，很大程度上影響裝備在真實電磁環(huán)境特別是復雜電磁環(huán)境下的使用［2］。

2.5 易用性方面

由于雷達偵察裝備軟件涉及大量的參數(shù)設置，操作過程復雜，各步驟關聯(lián)程度高，對操作手往往提出了很高的要求，如果設計不科學、不合理，很容易導致官兵的“厭用”甚至“棄用”的心理。

以往軟件測試的主要關注焦點在于軟件功能、接口的正確性、性能是否滿足指標要求等方面，而對軟件易用性關注得不夠，尤其在人機交互界面方面，由于缺乏明確的考核要求和適當?shù)目己藰藴?，雖然在結論階段提出了“千篇一律”的優(yōu)化改進建議，但軟件在實際交付使用后“不好用”、“不實用”的問題非常突出。

3 雷達偵察裝備軟件測試的策略和方法

針對以上問題，本文就相應的策略和方法進行探討，嘗試加以解決，并對現(xiàn)階段不能完全解決的問題也提出了相應的建議。

3.1 虛實測試環(huán)境構設

根據(jù)所測雷達偵察裝備及配試設備的實際情況從以下4個角度加強了測試環(huán)境的構設，為了描述簡便，我們把測試環(huán)境集中在1張圖上表示，如圖1所示。

圖1 雷達偵察裝備軟件虛實環(huán)境構設示意圖

圖中，請注意信號模擬設備／模擬器可同時使用多臺，為圖形描述得簡便，只畫了1臺；由于論文篇幅有限，將所有可能情況集中在1張圖上，在實際測試中根據(jù)情況選擇裁減。（1）真實裝備和模擬設備相結合的方式

分別根據(jù)測試需要和所能提供的設備，搭建測試環(huán)境采用雷達偵察真實裝備與模擬仿真設備混合搭建的方式構建，如圖1中的1和2，對信號處理和信號識別測試時，在不影響測試的情況下，可進行相應替換。

（2）干凈信號環(huán)境與復雜信號環(huán)境相結合的方式

可將雷達偵察裝備只保留單一信號來源，將其它信號關閉或斷開，進行干凈信號環(huán)境下的測試，或選擇多種信號來源，進行復雜信號環(huán)境下的測試，必要時將2種測試結果進行比較分析。

（3）外界真實信號環(huán)境與內場模擬仿真環(huán)境相結合的方式

可如圖1中的接收外界真實電磁信號作為背景的情況下，利用射頻模擬設備發(fā)送信號進行測試。

（4）手工輸入報文數(shù)據(jù)與射頻信號數(shù)據(jù)相結合的方式

如圖1中的5和4，可分別在裝備射頻前段和網(wǎng)絡傳輸線路注入射頻信號／報文數(shù)據(jù)，5發(fā)送的報文數(shù)據(jù)可根據(jù)測試需要通過手工填寫，與4產生的信號進行融合等活動來完成相應測試。

3.2 考慮儀器設備的不確定性因素，進行必要的不確定度評價

測試借用的信號輸入、計量儀器等設備本身具有不確定度，這些不確定度會引入到軟件測試結果中去，造成測試的不確定性。

一方面，如果借用的儀器設備測量不確定度在允許區(qū)間內，未造成測試結果的直接影響，在對測量結果的不確定度進行評價（忽略其影響）的情況下，認可測試結果。如進行雷達信號載頻信息顯示時，雖然發(fā)送載頻為10GHz的信號，但由于信號輸入設備的不確定度，發(fā)送了1 001MHz的信號，顯示為1 001MHz，但考慮到不確定度的影響，可在進行誤差分析（可與載頻允許的誤差范圍進行比較）和不確定度評價的基礎上，認為顯示功能正確。再如對方位進行測試，載頻雖然有發(fā)送誤差，但顯然其誤差對方位測試無影響。

另一方面，要測試的結果量值有準確度要求，儀器設備的不確定度可能影響測試結果，按照標準方法對測量不確定度進行評定，測試結果表述同時包含被測量值和與該值相關的測量不確定度或類似的簡化評估方法［3］。簡單的不確定度評價過程如下：

（1）通過計量方法，測量重復性引入的A類標準不確定度分量

如假設某模擬器多次檢定產生的載頻如表1所示。

表1 某模擬器多次檢定產生的載頻

根據(jù)貝塞爾法，用以下公式計算實驗標準偏差：

取實驗標準偏差的最大值作為A類標準不確定度分量：uA＝3.56MHz。

（2）標準不確定度的B類評定

B類評定為非統(tǒng)計方法得出的不確定度分量，往往直接給出，假設有該分量：uB＝2.5MHz。

（3）計算合成標準不確定度

3.3 信號處理能力、反應時間等性能指標的考核

（1）性能測試對雷達偵察裝備軟件的各項性能指標逐項進行性能測算和分析處理，為確保性能指標的有效性和合理性，在沒有明確說明時，性能指標在最苛刻的情況下進行測算；

（2）對軟件進行長時間連續(xù)運行測試，除了進行指標規(guī)定的飽和數(shù)據(jù)處理能力和長時間運行能力的測試外，還進行更復雜條件下的測試，一是對于單一指標，通過強制軟件運行到設計的極限狀態(tài)以至于超出極限的狀態(tài)，來檢驗軟件的最大處理極限。如某雷達偵察裝備軟件能處理100批目標，在數(shù)據(jù)生成環(huán)境滿足的情況下，數(shù)據(jù)量大大超出指標要求（如120、200批目標），這時檢查軟件運行情況，甚至在出現(xiàn)異常后，通過減少數(shù)據(jù)量（減少至100批目標以下），觀察軟件是否能夠恢復等。二是還在多項指標同時超限情況下對軟件的運行情況進行檢查。比如對于復雜體制雷達（捷變、脈壓、高重頻等雷達），一般在處理批數(shù)超出指標范圍的情況，脈沖密度也往往超過指標范圍，在這種條件下檢查軟件的運行情況。

（3）對處理目標批數(shù)等指標，可采用一個測試流程完成性能測試、邊界測試（性能界限）、余量測試、容量測試和強度測試。如某雷達偵察裝備軟件的處理目標批數(shù)，性能指標為200批，設計時留有25%的余量（未明確為20%），根據(jù)處理采用的數(shù)據(jù)類型及設計算法，最大能處理512批目標。可采用圖2所示測試流程完成這些測試類型的測試。

圖2 采用多種測試類型對處理目標批數(shù)開展測試示意圖

（4）對某些顯然是受當前硬件約束所定義的軟件指標，在進行指標符合性的相關測試后，分析其軟件可能的指標擴展空間，測試軟件真實的處理能力，如上面所說的俯仰角度指標的測試。

3.4 對一般邏輯和戰(zhàn)術合理性的考核

測試人員站在使用者角度進行合理性的考核。比如某雷達偵察裝備軟件的融合算法中，將載頻、重頻、脈寬、目標方位等結合在一起進行融合判斷，該算法利用不同的權值來處理信號各參數(shù)特征，但未考慮有些參數(shù)具有天然的“一票否決權”，出現(xiàn)了將載頻、重頻、脈寬等參數(shù)完全一致，而方位不一致的雷達融合為一批的現(xiàn)象，而事實上只是2部相同型號的雷達在不同位置。軟件測試不應只測試算法實現(xiàn)的正確性，還要盡可能考察合理性。

3.5 試驗數(shù)據(jù)、以往測試數(shù)據(jù)的復用

一方面，試驗是在逼真的使用環(huán)境下對裝備較為全面、系統(tǒng)的考核和裝備質量信息的收集。試驗結果報告中的軟件缺陷記錄能夠在很大程度上反映裝備軟件質量的真實情況，更為重要的是，同類裝備的缺陷信息對其它裝備都有著較大的借鑒和參考作用。

另一方面，軟件測評機構能夠對裝備軟件提供較為完整和充分的測試，可以大量全面地暴露軟件缺陷，所保留的軟件缺陷記錄最為全面細致。對以往數(shù)據(jù)的復用可提高測試效果和測試效率。比如其它雷達偵察裝備中出現(xiàn)連續(xù)波照射下自檢功能異常、左右舷方位數(shù)據(jù)處理不正確等都可在當前裝備軟件測試中檢驗。

3.6 易用性的考核

雷達偵察裝備軟件涉及大量的參數(shù)設置，操作過程復雜，進行易用性的考核，應當對操作過程難易程度進行分級，對設置參數(shù)的數(shù)量加以適當統(tǒng)計，同時對在測試過程中的操作錯誤情況進行記錄，以保留第一手資料，在條件允許的情況下進行同類比較。

4 未來雷達偵察裝備軟件測試的建議

由于現(xiàn)有的軟件測試手段不能提供復雜電磁環(huán)境信號數(shù)據(jù)對雷達對抗裝備的注入，只能依靠手工操作或設備研制單位提供的調試設備輸入比較簡單的調試數(shù)據(jù)，極大地限制了各種軟件測試方法的運用，而各種現(xiàn)有的測試手段、測試工具和裝備沒有一個很好的依托平臺結合起來供測試使用，對雷達對抗裝備軟件在復雜電磁環(huán)境下的決策、引導、資源分配等能力的評價不夠系統(tǒng)準確。

在未來雷達偵察裝備軟件測試中利用模擬器產生多種有源探測裝備、新體制雷達等各種復雜體制的電磁脈沖信號，錄取雷達對抗現(xiàn)場的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)，存入電磁環(huán)境數(shù)據(jù)庫，通過設置雷達對抗場景，綜合使用模擬產生的電磁脈沖信號和數(shù)據(jù)庫中的現(xiàn)場電磁環(huán)境數(shù)據(jù)合成綜合戰(zhàn)場電磁環(huán)境態(tài)勢數(shù)據(jù)，以中頻或數(shù)字信號方式注入被測件；通過各種輸入數(shù)據(jù)的設置和組合，綜合利用各種測試方法（如等價類法、環(huán)境設定模擬、外部數(shù)據(jù)注入、人工故障注入、邊界值分析等），并結合各種測試工具完成軟件的功能、性能測試，特別是將這些方法和工具配合起來進行覆蓋率測試、邊界測試、安全性可靠性測試等，例如在各種數(shù)據(jù)輸入條件下運行被測件并結合Mc－Cabe軟件進行覆蓋率測試；提供數(shù)據(jù)接口，利用現(xiàn)有的VTR軟件對被測系統(tǒng)的雷達對抗過程進行仿真和推演等。

5 結束語

由于電子對抗裝備軟件本身的特殊性，軟件測試的要求與一般軟件也有所不同，在測試中要求盡量考慮到電子對抗裝備軟件的本身特點，做到測試目的性明確，針對性強［4］。本文對于如何建立一個具體的適合電子對抗裝備軟件的測試策略與方法進行了分析、研究和探索，并將在今后的工作中進行更加深入的研究。

［1］李兵艦，吳小強.現(xiàn)代雷達偵察技術特點及發(fā)展方向［J］.艦船電子對抗，2007（1）：19－21.

［2］劉麗明，黃文亮，孫璐璐.海戰(zhàn)場復雜電磁環(huán)境構建方法［J］.艦船電子對抗，2010（4）：15－17.

［3］楊根興，宗宇偉.軟件測試不確定性研究及解決途徑［J］.計算機工程，2004（7）：51－53.

［4］李強，許少華，范哲，等.電子對抗裝備軟件的測試策略與方法［J］.裝甲兵工程學院學報，2004（2）：48－52.