王 宇 魏永峰

(1.91413部队 秦皇岛 066000)(2.91404部队92分队 秦皇岛 066000)

基于装备试验理论的雷达精度指标软件测试方法*

王 宇1魏永峰2

(1.91413部队 秦皇岛 066000)(2.91404部队92分队 秦皇岛 066000)

以装备试验学和软件工程学为理论基础,对雷达系统精度指标软件测试方法进行初步研究。分析现代雷达系统进行精度指标软件测评的必要性以及面临的主要问题,提出解决问题的初步思考。以装备试验理论为基础的雷达系统精度指标软件测试方法研究,既是装备试验与测试经验的总结,同时也是装备软件测试与武器装备相结合的理论思考,对科学合理应用装备专业理论,提高军用武备系统软件测试专业性理论水平起到初步探索的作用。

精度; 软件测试; 雷达; 武器装备

Class Number TP391

1 引言

精度是雷达武器装备系统的主要战术指标之一。早期雷达系统设计无嵌入式计算机软件应用,精度被认为是与硬件功能相关联的系统指标。对雷达系统精度指标的考核放在系统定型试验中进行,不列入系统软件定型测评范围。

现代雷达系统从系统层到其组成部件都可能嵌入各种不同的计算机应用成份,这些成份承担着数据采集和处理、数据通信、过程控制等各种功能。在这样的系统中,无论系统硬件质量还是软件质量都会对精度指标造成影响,此时,再将精度指标划归为系统硬件质量因素决定的指标或者软件影响小的偏硬件指标是不合适的。为了保证对雷达系统精度指标的精确验证,从软件测试的角度,对精度指标进行测评是十分必要的[1]。

2 雷达系统精度指标软件测试面临的问题分析

从雷达系统信号处理过程来分析。接收机前端接收信号,接收到的信号往往受到各种干扰噪声的影响,要对接收到的信号进行信号处理。接收机系统和信号处理系统通过对输入信号进行各种处理,变换为所希望得到的输出信号。输入信号先后进行混频、中放,相干检波,A/D抽样,脉冲压缩,MTI固定目标对消、取模、积累、恒虚警等处理,最后提取出含有目标回波信息的视频波形。显示系统显示由接收机系统或信号处理系统送来的原始视频,也可以通过对原始点迹进行相关航迹处理,显示目标航迹[2]。

由此可知,在雷达信号处理过程中,从前端接收开始到终端显示,需要进行多种形式的信号处理。现代雷达系统为了满足信号处理要求、实现信号处理目的,发展最快、应用最广的方法就是采用数字信号处理芯片(DSP芯片),这是一种软硬结合的实现方法,通过选用专用的数字信号处理芯片,配有适合的语言及任务要求的软件,实现需要的信号处理功能[3]。DSP技术在现代雷达系统中的应用产生的结果是:在雷达系统中,软件高度集成、软件与硬件相对统一;无论硬件还是软件发生故障,都可以引起系统失效;系统的精度指标不仅由硬件决定,软件也起着决定作用。

从雷达系统软件测试惯用的总体策略分析。雷达系统软件测评常用的一种方式是,对系统指标进行软件与硬件剥离,涉及软件的部分列入测评范围,硬件影响的部分不进行测评;测试用例设计基于软件功能,对软件的全部功能和工作流程进行测试;同时,为了满足部分测试用例的需要,采用实装环境与模拟环境配合进行。

通过以上分析,面对新型雷达武器装备系统,对系统精度指标进行软件测评是十分必要的,系统精度指标进行软件测试面临的主要问题是: 1) 装备系统软件与硬件高度集成、相对统一,不容易实现对指标的软件与硬件剥离,分离出软件相关的部分进行测试; 2) 装备软件测试不应与装备的系统功能和作战使用脱离,基于软件功能的测试用例设计方法,难以保证测试的充分性和有效性; 3) 如果测试用例执行结合模拟数据进行,那么对模拟数据形式和注入方式如何进行正确选择,可以保证测试输出能够有效屏蔽系统硬件的影响,表征软件质量因素的影响。

3 解决问题的初步思考

根据对雷达系统精度指标进行软件测试面临的问题分析,结合装备软件测评的科研经验,本文提出系统精度指标软件测试方法的基本思路。研究思路的主体是将雷达系统看成依赖硬件开发、依托软件保障的集成系统,不对系统精度指标进行软件与硬件的强行剥离,而是将雷达系统整体作为一个黑盒进行测试,测试用例设计基于雷达系统功能和作战使用;测试用例设计和执行按装备试验理论进行;分析软件质量对系统精度指标的影响。

以装备试验学和软件工程学作为雷达系统精度指标进行软件测试方法研究的理论基础。

雷达系统的精度指标是对特定目标而言,对目标类型、大小有着明确的规定,应按规定选择目标。装备试验学对雷达系统精度指标试验有明确的规定,包括目标选择、航路要求、试验条件、试验方法、数据处理等。测试用例设计基于雷达系统功能和作战使用,采用功能分解法、等价类划分法和边界值分析法。以装备试验中规定的目标、航路航次、气象条件、环境条件作为软件测试中用例设计和执行的基本条件。雷达系统对软件功能的要求是软件功能应满足雷达战术技术性能的要求,这一要求也可作为软件测试的评判标准[4～6]。具体如下:

1) 测试策略:不对指标进行软件与硬件的强行剥离,将雷达系统整体作为一个黑盒,在实际使用环境或者结合模拟环境下进行。

2) 测试用例设计:基于雷达系统功能进行,按照雷达系统不同工作方式对系统精度的影响程度进行分类,采取功能分解法、等价类划分和边界值分析方法。

3) 测试用例执行:以装备试验中规定的目标、航路航次、气象条件、环境条件作为测试基本条件,选取测试用目标,必要时采用模拟数据注入的方式,模拟数据选取和注入方式选取都要符合测试要求,满足有效屏蔽硬件质量因素影响的要求,分析软件质量对系统精度指标的影响。

4) 评判标准:软件功能满足系统精度指标要求。

4 举例说明

测试对象:某对空警戒雷达系统软件。测试内容:对空精度。

4.1 测试策略制定

理论上,在正常状态下,雷达系统的战术性能应满足指标要求。但是,雷达系统拥有多种工作方式,不同的工作方式包含各种工作状态,这些工作状态对系统指标的影响是不一样的。以雷达处于正常工作状态作为约束条件(约束条件是保证雷达必须正常工作),将雷达系统按不同工作状态进行分解,依据不同工作状态对精度指标影响程度来划分等价类。从软件测试角度对这些工作状态影响系统指标的程度来进行划分,可按照“易超标”、“不易超标”、“介于两者之间”的工作状态划分等价类。

集合元素的选取可以按照一定的准则。集合元素选取基于雷达系统功能和信息处理功能,结合具体雷达系统实际情况综合考虑,集合元素不需要穷举,以满足测试充分性要求为标准。

1) 根据雷达系统各工作频点,选取工作频点高、中、低三个方面;

2) 点迹通道方式,短脉冲、长脉冲两种方式;

3) 按照雷达天线威力图,选取目标探测高度,高、中、低三个层次;

4) 按照波束扫描图,选取目标位置,对空近区、对空远区;

5) 目标跟踪方式选取,粗跟踪、精跟踪;单目标跟踪、多目标跟踪;

6) 模拟目标选取,模拟目标合法性按点迹合法性标准选取;

7) 模拟目标能量值选取,按小、适中、大三方面;

8) 数据率选取(T1、T2)。

测试用例设计和执行依据雷达系统精度指标试验规定,包括目标选择、航路设计以及数据录取和处理等。模拟目标注入要注意屏蔽雷达系统硬件质量因素的影响,使输出结果表征软件质量因素的影响,针对这一点,需要对雷达系统中涉及信号处理的模块进行设计分析,研究这些信号处理功能的实现方法,才能更好的解决模拟目标注入问题。

4.2 测试方法说明

利用模拟目标注入,驱动雷达系统软件运行。

· 设定雷达工作状态:工作频点:FL/F/FH,点迹通道方式:短脉冲/长脉冲,目标跟踪方式:精跟踪,单目标跟踪/多目标跟踪,数据率:T1/T2。

· 设定模拟目标属性:

1) 模拟目标符合点迹合法性选取标准(比如:信号处理算法中要求点迹在多少距离范围内属于合法,模拟目标不应该超越这个范围)。

2) 模拟目标能量值按系统信号处理算法要求的航迹建批准则设定小、适中、大三个方面。

· 设定两类目标航路:

1) 模拟目标从距离雷达***公里处起始至距雷达*公里处结束,向站飞行。

2) 模拟目标从距离雷达*公里处起始至距雷达***公里处结束,背站飞行。

· 数据处理方法:误差统计法。

· 判定准则:系统误差≦精度指标。

软件测试不能做到穷举,而是要求满足测试的充分性和有效性。还可以继续考虑雷达系统工作在“饱和”、“临界”等状态下进行测试用例设计。比如,复杂电磁环境、压制干扰、欺骗干扰、满目标录取、雷达天线威力覆盖边界等来通过雷达系统的作战效能的发挥验证系统软件质量[7～10]。

5 结语

装备软件测试是保证装备软件质量的最重要手段。信息化的雷达系统是软件高度集成的系统,系统精度指标与软件关系十分密切,从软件角度对系统精度指标进行测评不仅需要,而且是必须的。本文初步探讨了以装备试验理论为基础的雷达系统精度指标软件测试方法,既是装备试验与测试经验的总结,同时也是装备软件测试与武器装备相结合的理论思考。面对信息化武器装备系统的软件测试,科学合理应用装备专业理论,体现军用武备系统软件测试的专业性,让装备软件评测在技术上更为全面、战术上更具说服力,提高装备软件测试理论水平起到了初步探索的作用。

[1] 郭久武,陈策,等.装备软件定型测评的几个误区[J].军用软件测评实验室,2011(3):1-3.

[2] 丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002:5-7.

[3] 齐欢,王小平.系统建模与仿真[M].北京:清华大学出版社,2004:3-10.

[4] 杨榜林,岳全发,等.军事装备试验学[M].北京:国防工业出版社,2002:235-326.

[5] 萧海林,王祎,等.军事靶场学[M].北京:国防工业出版社,2012:155-175.

[6] 安树林,董印权,等.海军武器装备试验仿真技术[M].北京:国防工业出版社,2006:142-295.

[7] Ian Sommerville.软件工程[M].北京:机械工业出版社,2003:304-313.

[8] 张海藩.软件工程[M].北京:人民邮电出版社,2002:55-123.

[9] 张海藩.软件工程导论[M].北京:清华大学出版社,2005:135-172.

[10] 郑人杰,许静,等.软件测试[M].北京:人民邮电出版社,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,硕士研究生,工程师,研究方向:装备软件测评。魏永峰,男,硕士,工程师,研究方向:电子对抗。

TP391

10.3969/j.issn1672-9730.2014.01.038