雷达侦察装备软件测试方法研究

2015-10-13顾滨兵于慧媛

舰船电子对抗 2015年6期

关键词：软件测试雷达装备

顾滨兵，于慧媛

（解放军91413部队，秦皇岛066000）

0 引言

随着信息化技术特别是软件技术的发展，软件在军事装备中的地位和作用越来越突出。但由于软件故障具有易于引入，难以清除，影响广泛等特点，软件问题对装备整体的影响越来越大，已成为军事装备质量的焦点和瓶颈。

软件测试是保证软件质量、提高软件可靠性的重要途径和必备手段，尤其是对即将列装的软件，必须进行严格的测试，否则存在的质量隐患会影响软件的使用，甚至造成不可挽回的损失。因此优质高效的软件测试是确保军用软件质量的重要环节。

有效的软件测试方法是保证软件测试质量的关键，针对不同类型专业军用软件的特点，采用切实、有效的测试方法，是软件测试工作的一项最重要的任务。本文从雷达侦察装备软件的特点出发，探讨研究针对性的软件测试方法。

1 雷达侦察装备软件的特点

在现代战争中，各种雷达以及导弹武器的使用使得电子侦察对战争的胜负起着愈来愈大的作用，各种现代化武器效能的发挥，在很大程度上依赖于雷达效能的发挥。

雷达侦察以作用距离远、预警时间长、隐蔽性好、获取的信息多而准、不受气候条件的影响等优点成为现代高科技战争中不可替代的一部分，雷达侦察装备是目标探测、监视和威胁告警的重要手段，在武器装备系统中扮演着重要的角色［1］。

作为雷达侦察装备的配套软件，雷达侦察装备软件从信息获取、信息处理、信息输出的角度完成装备的主要功能。它采用多种不同的算法，对信号流进行自动分选，对分选出的雷达信号特征参数进行分析、识别等处理，最后输出到相应的显示设备或引导其它对抗设备进行电子对抗。

从测试和考核的角度，雷达侦察装备软件具有以下的特点：

（1）使命任务对雷达侦察装备软件的信息传输处理速度、对外部事件的快速反应提出了更高的要求，因此，雷达侦察装备软件具有高的实时性要求；

（2）作为与硬件装备高度耦合的软件，受硬件信息处理能力的影响，被硬件条件所制约；

（3）虽然总的运行流程相对单一，但参数设置、信号分选、融合识别等数据关系复杂，相互依赖性强；

（4）雷达侦察装备软件针对特定领域，涉及信号处理的分选、识别、融合等多个方面，算法专业性强，处理精度要求高；

（5）面临复杂、不确定和恶劣的使用环境，要求雷达侦察装备软件具有一定的适应性、安全保密性和容错能力；

（6）作为嵌入式系统软件，数据注入、故障注入、获取数据都比较困难，有的不能通过直接手段获取数据，有的需要借助特殊的仪器设备或传输设备。

2 以往软件测试中存在的一些问题

军用软件测试就是软件测评机构按照国家军用标准，考核软件是否符合技术文件的要求，发现并帮助改进软件中存在的错误，确保应用程序能够稳定高效地运行的活动，是确保软件质量、提高软件可靠性的关键步骤。

以往软件测试虽然也都是按照GJB141《军用软件测试指南》等国家军用标准规定开展的，使用了很多通用的软件测试方法和一些常规的测试手段，但在针对性、有效性、完整性方面存在一些不足，影响了测试工作的效率和效果。

2.1 数据生成方面

作为嵌入式系统，受系统信息输入的限制，有些数据不是从软件前端输入的，比如输入某载频为1GHz的雷达信号，受测试条件限制，必须通过从射频前端注入射频信号，无法直接输入信号数据，而这种输入在中间环节可能发生“值漂移”，在软件前端不一定正好是1GHz信号。以往测试通常未考虑这种“漂移”，影响了等价类划分、边界值分析等测试方法的使用，未完全达到预期的测试效果。

2.2 硬件约束方面

一般说来，软件由于自身特点，进行信息处理时的数据范围更广、灵活性更强，因此对软件进行考核时，既要考虑当前硬件条件下软件的工作情况，还要考虑在硬件条件适当放宽时软件真实的处理能力。比如假设某型雷达侦察装备可处理的俯仰范围为－10°～＋10°，以往软件测试对－10°和＋10°及其边界的数据进行测试，而未进行软件实际能力的探索性测试，对“纯软件”的真实性能情况不掌握。

2.3 专业算法方面

以往软件测试一般较多地对软件实现的正确性进行测试，而对软件专业算法的合理性考核较少，尤其是对雷达侦察装备软件来说，信号分选、信号识别和融合等既要考虑既定算法实现的正确性，还要考虑算法本身是否符合正常逻辑和战术合理性。

2.4 恶劣环境方面

以往软件测试大都在“环境干净”的实验室条件下进行，而外场试验大都是在实战化复杂电磁环境下进行考核，出现了雷达侦察装备软件内场测试合格，外场试验不过关的情况，很大程度上影响装备在真实电磁环境特别是复杂电磁环境下的使用［2］。

2.5 易用性方面

由于雷达侦察装备软件涉及大量的参数设置，操作过程复杂，各步骤关联程度高，对操作手往往提出了很高的要求，如果设计不科学、不合理，很容易导致官兵的“厌用”甚至“弃用”的心理。

以往软件测试的主要关注焦点在于软件功能、接口的正确性、性能是否满足指标要求等方面，而对软件易用性关注得不够，尤其在人机交互界面方面，由于缺乏明确的考核要求和适当的考核标准，虽然在结论阶段提出了“千篇一律”的优化改进建议，但软件在实际交付使用后“不好用”、“不实用”的问题非常突出。

3 雷达侦察装备软件测试的策略和方法

针对以上问题，本文就相应的策略和方法进行探讨，尝试加以解决，并对现阶段不能完全解决的问题也提出了相应的建议。

3.1 虚实测试环境构设

根据所测雷达侦察装备及配试设备的实际情况从以下4个角度加强了测试环境的构设，为了描述简便，我们把测试环境集中在1张图上表示，如图1所示。

图1 雷达侦察装备软件虚实环境构设示意图

图中，请注意信号模拟设备／模拟器可同时使用多台，为图形描述得简便，只画了1台；由于论文篇幅有限，将所有可能情况集中在1张图上，在实际测试中根据情况选择裁减。（1）真实装备和模拟设备相结合的方式

分别根据测试需要和所能提供的设备，搭建测试环境采用雷达侦察真实装备与模拟仿真设备混合搭建的方式构建，如图1中的1和2，对信号处理和信号识别测试时，在不影响测试的情况下，可进行相应替换。

（2）干净信号环境与复杂信号环境相结合的方式

可将雷达侦察装备只保留单一信号来源，将其它信号关闭或断开，进行干净信号环境下的测试，或选择多种信号来源，进行复杂信号环境下的测试，必要时将2种测试结果进行比较分析。

（3）外界真实信号环境与内场模拟仿真环境相结合的方式

可如图1中的接收外界真实电磁信号作为背景的情况下，利用射频模拟设备发送信号进行测试。

（4）手工输入报文数据与射频信号数据相结合的方式

如图1中的5和4，可分别在装备射频前段和网络传输线路注入射频信号／报文数据，5发送的报文数据可根据测试需要通过手工填写，与4产生的信号进行融合等活动来完成相应测试。

3.2 考虑仪器设备的不确定性因素，进行必要的不确定度评价

测试借用的信号输入、计量仪器等设备本身具有不确定度，这些不确定度会引入到软件测试结果中去，造成测试的不确定性。

一方面，如果借用的仪器设备测量不确定度在允许区间内，未造成测试结果的直接影响，在对测量结果的不确定度进行评价（忽略其影响）的情况下，认可测试结果。如进行雷达信号载频信息显示时，虽然发送载频为10GHz的信号，但由于信号输入设备的不确定度，发送了1 001MHz的信号，显示为1 001MHz，但考虑到不确定度的影响，可在进行误差分析（可与载频允许的误差范围进行比较）和不确定度评价的基础上，认为显示功能正确。再如对方位进行测试，载频虽然有发送误差，但显然其误差对方位测试无影响。

另一方面，要测试的结果量值有准确度要求，仪器设备的不确定度可能影响测试结果，按照标准方法对测量不确定度进行评定，测试结果表述同时包含被测量值和与该值相关的测量不确定度或类似的简化评估方法［3］。简单的不确定度评价过程如下：

（1）通过计量方法，测量重复性引入的A类标准不确定度分量

如假设某模拟器多次检定产生的载频如表1所示。

表1 某模拟器多次检定产生的载频

根据贝塞尔法，用以下公式计算实验标准偏差：

取实验标准偏差的最大值作为A类标准不确定度分量：uA＝3.56MHz。

（2）标准不确定度的B类评定

B类评定为非统计方法得出的不确定度分量，往往直接给出，假设有该分量：uB＝2.5MHz。

（3）计算合成标准不确定度

3.3 信号处理能力、反应时间等性能指标的考核

（1）性能测试对雷达侦察装备软件的各项性能指标逐项进行性能测算和分析处理，为确保性能指标的有效性和合理性，在没有明确说明时，性能指标在最苛刻的情况下进行测算；

（2）对软件进行长时间连续运行测试，除了进行指标规定的饱和数据处理能力和长时间运行能力的测试外，还进行更复杂条件下的测试，一是对于单一指标，通过强制软件运行到设计的极限状态以至于超出极限的状态，来检验软件的最大处理极限。如某雷达侦察装备软件能处理100批目标，在数据生成环境满足的情况下，数据量大大超出指标要求（如120、200批目标），这时检查软件运行情况，甚至在出现异常后，通过减少数据量（减少至100批目标以下），观察软件是否能够恢复等。二是还在多项指标同时超限情况下对软件的运行情况进行检查。比如对于复杂体制雷达（捷变、脉压、高重频等雷达），一般在处理批数超出指标范围的情况，脉冲密度也往往超过指标范围，在这种条件下检查软件的运行情况。

（3）对处理目标批数等指标，可采用一个测试流程完成性能测试、边界测试（性能界限）、余量测试、容量测试和强度测试。如某雷达侦察装备软件的处理目标批数，性能指标为200批，设计时留有25%的余量（未明确为20%），根据处理采用的数据类型及设计算法，最大能处理512批目标。可采用图2所示测试流程完成这些测试类型的测试。

图2 采用多种测试类型对处理目标批数开展测试示意图

（4）对某些显然是受当前硬件约束所定义的软件指标，在进行指标符合性的相关测试后，分析其软件可能的指标扩展空间，测试软件真实的处理能力，如上面所说的俯仰角度指标的测试。

3.4 对一般逻辑和战术合理性的考核

测试人员站在使用者角度进行合理性的考核。比如某雷达侦察装备软件的融合算法中，将载频、重频、脉宽、目标方位等结合在一起进行融合判断，该算法利用不同的权值来处理信号各参数特征，但未考虑有些参数具有天然的“一票否决权”，出现了将载频、重频、脉宽等参数完全一致，而方位不一致的雷达融合为一批的现象，而事实上只是2部相同型号的雷达在不同位置。软件测试不应只测试算法实现的正确性，还要尽可能考察合理性。

3.5 试验数据、以往测试数据的复用

一方面，试验是在逼真的使用环境下对装备较为全面、系统的考核和装备质量信息的收集。试验结果报告中的软件缺陷记录能够在很大程度上反映装备软件质量的真实情况，更为重要的是，同类装备的缺陷信息对其它装备都有着较大的借鉴和参考作用。

另一方面，软件测评机构能够对装备软件提供较为完整和充分的测试，可以大量全面地暴露软件缺陷，所保留的软件缺陷记录最为全面细致。对以往数据的复用可提高测试效果和测试效率。比如其它雷达侦察装备中出现连续波照射下自检功能异常、左右舷方位数据处理不正确等都可在当前装备软件测试中检验。

3.6 易用性的考核

雷达侦察装备软件涉及大量的参数设置，操作过程复杂，进行易用性的考核，应当对操作过程难易程度进行分级，对设置参数的数量加以适当统计，同时对在测试过程中的操作错误情况进行记录，以保留第一手资料，在条件允许的情况下进行同类比较。

4 未来雷达侦察装备软件测试的建议

由于现有的软件测试手段不能提供复杂电磁环境信号数据对雷达对抗装备的注入，只能依靠手工操作或设备研制单位提供的调试设备输入比较简单的调试数据，极大地限制了各种软件测试方法的运用，而各种现有的测试手段、测试工具和装备没有一个很好的依托平台结合起来供测试使用，对雷达对抗装备软件在复杂电磁环境下的决策、引导、资源分配等能力的评价不够系统准确。

在未来雷达侦察装备软件测试中利用模拟器产生多种有源探测装备、新体制雷达等各种复杂体制的电磁脉冲信号，录取雷达对抗现场的电磁环境数据，存入电磁环境数据库，通过设置雷达对抗场景，综合使用模拟产生的电磁脉冲信号和数据库中的现场电磁环境数据合成综合战场电磁环境态势数据，以中频或数字信号方式注入被测件；通过各种输入数据的设置和组合，综合利用各种测试方法（如等价类法、环境设定模拟、外部数据注入、人工故障注入、边界值分析等），并结合各种测试工具完成软件的功能、性能测试，特别是将这些方法和工具配合起来进行覆盖率测试、边界测试、安全性可靠性测试等，例如在各种数据输入条件下运行被测件并结合Mc－Cabe软件进行覆盖率测试；提供数据接口，利用现有的VTR软件对被测系统的雷达对抗过程进行仿真和推演等。