提高导引头软件功能测试质量和效率的测试平台和方法与流程

1.本发明属于软件测试技术领域，具体涉及一种提高导引头软件功能测试质量和效率的测试平台和方法。


背景技术：

2.导引头是寻的制导式导弹的关键装置，可以提高导弹的机动性、快速性、火力强度、攻击多目标和抗干扰能力。
3.导引头作为弹上重要设备，功能复杂，其功能的正确性一般通过大量正常和异常的功能测试进行保证。现有导引头软件的功能测试过程一般是测试人员编写测试用例，必要时在软件中手动插桩，同时需要人工手动设置模拟器给出目标信号或手动模拟飞行控制软件的控制信号对某项功能进行测试，测试后需要人工对测试结果进行判读，必要时还可能需要协调模型开发人员对测试结果进行确认，这种测试模式测试可观测性较差，调试手段有限，测试效率不高。
4.然而，随着武器系统功能越来越复杂，对导引头的研制进度和研制质量提出了新要求，针对研制进度要求紧与研制质量要求高的突出矛盾，导引头软件需求变更日益频繁导致导引头软件修改日益频繁，导引头软件的代码规模极度膨胀，测试工作量极大，且现有测试效率不高，调试观测手段有限，上述问题都给导引头软件功能测试带来极大的挑战。因此，提高导引头软件的功能测试效率和测试质量，对于加快武器系统的研制进程具有重要的现实意义。
5.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院的常文龙等作者的
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某型主动雷达导引头自动测试系统设计
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论文给出了导引头整机各项性能指标的自动化测试方法，但没有给出功能测试的自动测试方法。上海航天控制技术研究所和中国航天科技集团公司红外探测技术研发中心陈稀等作者的
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某型红外导引头自动测试系统设计与实现
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论文，中国空空导弹研究院郭雷等作者的
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雷达导引头自动测试系统设计
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论文，都给出了导引头自动化测试集成方案，但是该方案中比较适合总体验收对导引头正常功能的测试，偏重于系统级层面的测试，因此对于异常情况下的测试中间变量观测手段有限，不利于及早发现和暴露问题，或者现有测试设备条件有限，测试设备不能模拟某些功能测试的所有异常输入，导致测试覆盖不全面的问题。电子科技大学张乐硕士论文
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基于labview的雷达导引头自动化测试软件的开发
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可以实现功能测试的自动化，但是故障诊断方面只能通过故障树等逻辑判断方法初步故障定位到大的组合级，不能实现功能异常问题的准确定位。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.本发明要解决的技术问题是：如何增强导引头软件功能测试的可观测性，增强功能异常故障点的准确定位，减少测试人员对导引头功能测试测试数据的评判时间，自动给出功能测试是否通过的标识，增强测试平台的适应性、通用性和灵活性，提高导引头软件功
能测试质量和测试效率。
8.(二)技术方案
9.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高导引头软件功能测试质量和效率的测试平台，包括：测试计算机、可程控电源、三轴转台、导引头、数据监视设备、喇叭、可程控二维运动平台、可程控目标模拟器、干扰设备和功率合成器；
10.所述导引头由被测的导引头软件和桩模块组成；所述桩模块用于对功能测试中需要观察的关键中间变量进行插桩，所述桩模块包含计数器，用于记录关键中间变量相对于导引头上电和测试输入的变化时序；桩模块通过宏定义的方式决定是否启用，通过桩模块采集某项功能测试过程中记录关键中间状态数据和测试时间信息，并将信息传递给数据监视设备；
11.所述测试计算机包括标准解模块、测试结果比对模块、测试结果评判模块、功能测试流程模块和测试输入产生模块五个模块组成，所述测试所述输入产生模块根据某功能测试项产生该功能测试项的输入数据，该输入数据提供给导引头、可程控电源、三轴转台、可程控二维运动平台，可程控目标模拟器和干扰设备；同时，该输入数据还提供给标准解模块，标准解模块用于根据测试输入产生期望的测试结果，即标准解，测试结果包括时序和功能两个部分；所述功能测试流程模块用于控制功能测试的流程，采用嵌套顺序状态机的方式对各功能测试项按照顺序进行测试，当一个功能测试点测试完成时，根据测试需求点自动改变测试输入实现新的功能测试点的测试，所述测试结果比对模块在一项功能测试完成时，自动比较桩模块收集的关键中间变量和期望测试结果，给出测试是否通过标记，并将比较结果输出给测试结果评判模块，所述测试结果评判模块在所有功能测试完成后给出功能测试是否通过的结论列表；
12.所述测试计算机和所述导引头相连接，所述测试计算机可模拟飞行控制软件的飞行过程中不同的弹道数据，并向导引头发送控制命令并接收导引头的应答数据；
13.所述测试计算机和可程控电源相连接，在功能测试时可以给导引头电加电或断电，测试计算机通过程序控制可程控电源给导引头上电或给导引头断电；
14.所述导引头放置在三轴转台上，三轴转台用于模拟导弹的姿态运动，包括俯仰、偏航和滚转三个方向；所述测试计算机还和三轴转台相连接，测试计算机可控制三轴转台进行俯仰、偏航和滚转三个方向的平面运动或旋转运动；
15.所述喇叭安装在可程控二维运动平台上，可程控二维运动平台用于模拟目标的运动，所述测试计算机还和可程控二维运动平台相连接，测试计算机可通过可程控二维运动平台的运动速度、运动方向，控制喇叭运动，从而模拟目标的运动；
16.所述可程控目标模拟器用于根据测试计算机输入目标信号的特征模拟射频目标信号；所述干扰设备用于根据测试计算机输入干扰信号特征向导引头产生干扰的射频信号；所述干扰的射频信号和射频目标信号通过所述功率合成器合成后通过喇叭辐射到自由空间，被导引头所接收；
17.所述测试计算机还和可程控目标模拟器、干扰设备相连接，通过测试计算机可以控制目标信号和干扰的特征，通过测试计算机可控制可程控目标模拟器产生不同的目标信号，也可控制干扰设备改变干扰信号的形式；
18.所述导引头通过数据监视设备和测试计算机相连接，所述数据监视设备和导引头
进行片上通信，数据监视设备用于监控并记录导引头软件的功能测试中关注的关键中间状态变量和时序参数，功能测试完成后将监控的关键中间状态变量和时序参数发送给测试计算机。
19.优选地，所述数据监视设备、可程控目标模拟器、干扰设备、数据监视设备采用fpga器件实现。
20.优选地，所述测试计算机通过rs-485总线或can总线接口或1553b总线接口和所述导引头相连接。
21.优选地，所述测试计算机通过开关io接口和可程控电源相连接。
22.优选地，所述测试计算机还通过rs-485总线或can总线接口或1553b总线接口和三轴转台相连接。
23.优选地，所述测试计算机可通过rs-485总线或can总线接口或1553b总线接口控制三轴转台在三个方向的运动，通过三轴转台模拟导引头所安装的载体的空间运动，空间运动包括俯仰、偏航和滚转三个方向的平面运动或旋转运动。
24.优选地，所述测试计算机还通过rs-485总线或can总线接口或1553b总线接口和可程控二维运动平台相连接。
25.优选地，所述测试计算机通过rs-485总线或can总线接口或1553b总线接口还和可程控目标模拟器、干扰设备相连接。
26.优选地，所述数据监视设备通过rapidio接口和导引头进行片上通信。
27.本发明还提供了一种基于所述平台实现的提高导引头软件功能测试质量和效率的测试方法，包括以下步骤：
28.第一步，测试需求分解步骤，编写各功能测试的输入文件；
29.根据导引头软件的研制需求，分解出各功能测试用例表格，给出各功能测试的输入数据和标准解模块，标准解模块根据输入数据产生期望的测试结果，测试人员按照功能项对功能测试对应的输入数据和期望测试结果进行索引，形成功能测试项索引表；
30.第二步，桩模块和脚本文件准备步骤，编写各功能测试的桩模块和开发工具的脚本文件；
31.结合软件在线插桩技术，对被测的导引头软件中功能测试点进行插桩，插桩点用于提高测试的可观测性，用于提高功能测试异常时问题的定位，通过宏定义决定该桩模块是否有效，在编译时通过脚本语言传递宏定义参数给开发环境的编译器决定桩模块是否启用，并通过高分辨率定时器记录功能测试过程中预设关键重要变量的时序参数信息，利用脚本语言实现将测试过程对开发工具操作以及导引头硬件电路下载程序这些步骤自动化；
32.第三步，功能测试启动和测试数据收集步骤
33.测试计算机的功能测试流程模块启动功能测试，测试计算机根据功能测试项索引表通过测试输入产生模块输入控制信号给可程控电源、三轴转台、导引头、可程控二维运动平台、可程控目标模拟器和干扰设备，并实时收集测试过程中导引头该功能测试项对应的关键中间数据以及对应的时序信息，功能测试项测试结束后，数据监视设备将记录的测试数据发送给测试计算机，通过测试计算机可自动对导引头进行加电或断电；
34.第四步，测试结果自动比对步骤：通过测试计算机中的测试结果比对模块比对功能测试的记录的中间状态变量、时序参数和标准解是否一致；
35.第五步，针对下一个功能测试项，重复步骤三和四；
36.根据测试结果比对结果开始下一个功能测试项的测试，通过测试计算机的功能测试流程模块读取该功能测试项索引表的输入数据，控制可程控电源上电或断电、改变目标信号特征、模拟发送飞行控制软件命令或模拟改变干扰特征，实现下一个功能点的测试；
37.第六步，测试总结步骤
38.当测试完所有功能测试点后，测试计算机中的测试结果评判模块给出各功能测试项测试是否通过的标识。
39.(三)有益效果
40.本发明利用脚本语言实现将测试过程对开发工具操作以及导引头硬件电路下载程序等步骤自动化，代替了人手工进行编译和下载程序对导引头进行测试的问题；采用fpga高速rapidio接口监控并记录导引头软件某功能测试中关注的关键中间状态变量和时序参数，解决了导引头软件功能测试的观测性不高，通过增加记录调试变量的数目解决功能测试异常时故障点不能准确定位的问题，提高了导引头软件功能测试的可观测性；通过桩模块强制模拟部分异常克服了现有导引头测试设备能力不足导致某些功能异常不能测试的问题；利用相关自动化测试技术减少测试人员对导引头软件功能测试测试数据的评判时间，自动给出功能测试是否通过的标识；通过标准化的硬件平台架构方式和标准化的测试设备测试协议解决了现有测试设备通用性不高的问题，增强测试平台的适应性、通用性和灵活性。
附图说明
41.图1为本发明一种提高导引头软件功能测试质量和效率的测试平台结构示意图；
42.图2为本发明一种提高导引头软件功能测试质量和效率的测试方法流程示意图。
43.图3中a)为本发明导引头功能测试状态转换的总状态机，b)为本发明以导引头目标搜索流程为例功能测试的测试状态转换的子状态机。
44.其中：1、导引头，2、三轴转台，3、数据监视设备，4、测试计算机，5、可程控电源，6、可程控二维运动平台，7、喇叭，8、功率合成器，9、可程控目标模拟器，10、干扰设备。所述导引头包括：11、被测的导引头软件，12、桩模块。所述测试计算机包括：41、标准解模块，42、测试结果比对模块，43、测试结果评判模块，44、功能测试流程模块，45、测试输入产生模块。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
46.针对导引头软件需求变更日益频繁，导引头软件代码规模极度膨胀，导引头软件修改日益频繁，测试工作量极大，现有测试效率不高，调试观测手段有限，本发明通过研究相关自动化测试技术，目的是减少测试人员对导引头功能测试测试数据的评判时间，自动给出功能测试是否通过的标识，提高导引头软件功能测试的可观测性、测试质量和测试效率，通过标准化的硬件平台架构方式增强测试平台的适应性、通用性和灵活性。
47.如图1所示，本发明提供了一种提高导引头软件功能测试质量和效率的测试平台，所述平台包括测试计算机、可程控电源、三轴转台、导引头、数据监视设备、喇叭、可程控二
维运动平台、可程控目标模拟器、干扰设备和功率合成器。
48.所述导引头由被测的导引头软件和桩模块所组成；所述桩模块对功能测试中需要观察的关键中间变量进行插桩，所述桩模块包含高分辨率的计数器，可以记录关键中间变量相对于导引头上电和测试输入的变化时序。桩模块通过宏定义的方式决定是否启用，通过桩模块采集某项功能测试过程中记录关键中间状态数据和测试时间信息，并将信息传递给数据监视设备。数据监视设备可以采用fpga核心器件实现，通过硬件加速方式增强系统的实时性。
49.所述测试计算机包括标准解模块、测试结果比对模块、测试结果评判模块、功能测试流程模块和测试输入产生模块五个软件模块所组成。所述测试所述输入产生模块根据某功能测试项产生该功能测试项的输入数据，该输入数据提供给导引头，可程控电源，三轴转台，可程控二维运动平台，可程控目标模拟器和干扰设备；同时，该输入数据还提供给标准解模块。标准解模块根据测试输入产生期望的测试结果，即标准解，测试结果包括时序和功能两个部分。所述功能测试流程模块用于控制功能测试的流程，采用嵌套顺序状态机的方式对各功能测试项按照顺序进行测试，当某个功能测试点测试完成时，根据测试需求点自动改变测试输入实现新的功能测试点的测试。所述测试结果比对模块在某项功能测试完成时，自动比较桩模块收集的关键中间变量和期望测试结果，给出测试是否通过标记，并将比较结果输出给测试结果评判模块。所述测试结果评判模块在所有功能测试完成后给出功能测试是否通过列表，方便测试人员查看。
50.所述测试计算机通过标准的rs-485总线或can总线接口或1553b总线接口和所述导引头相连接，所述测试计算机可以模拟飞行控制软件的飞行过程中不同的弹道数据，并向导引头发送控制命令并接收导引头的应答数据。
51.所述测试计算机通过开关io接口和可程控电源相连接，在功能测试时可以给导引头电加电或断电。测试计算机通过程序控制可程控电源给导引头上电或给导引头断电，省去测试过程中人工频繁给导引头加电和断电操作。
52.所述导引头放置在三轴转台上，三轴转台用于模拟导弹的姿态运动，包括俯仰、偏航和滚转三个方向；所述测试计算机还通过标准的rs-485总线或can总线接口或1553b总线接口和三轴转台相连接，测试计算机可以控制三轴转台进行俯仰、偏航和滚转三个方向的平面运动或旋转运动。具体地，测试计算机可以通过rs-485总线或can总线接口或1553b总线接口控制三轴转台在三个方向的运动，通过三轴转台模拟导引头所安装的载体的空间运动，空间运动包括俯仰、偏航和滚转三个方向的平面运动或旋转运动。
53.所述喇叭安装在可程控二维运动平台上，可程控二维运动平台用于模拟目标的运动。所述测试计算机还通过标准的rs-485总线或can总线接口或1553b总线接口和可程控二维运动平台相连接，测试计算机可以通过可程控二维运动平台的运动速度、运动方向，精确控制喇叭运动，从而模拟目标的运动。
54.所述可程控目标模拟器用于根据测试计算机输入目标信号的特征模拟射频目标信号；所述干扰设备用于根据测试计算机输入干扰信号特征向导引头产生干扰的射频信号；所述干扰的射频信号和射频目标信号通过所述功率合成器合成后通过喇叭辐射到自由空间，被导引头所接收。
55.所述测试计算机通过标准的rs-485总线或can总线接口或1553b总线接口还和可
程控目标模拟器、干扰设备相连接，通过测试计算机可以控制目标信号和干扰的特征。通过测试计算机可以控制可程控目标模拟器产生不同的目标信号(如改变目标信号的频率、目标信号的距离、目标信号的俯仰角和方位角)，也可以控制干扰设备改变干扰信号的形式(如噪声干扰、速度欺骗干扰或压制式干扰)。可程控目标模拟器和干扰设备可以采用fpga核心器件实现，通过fpga器件可以动态灵活编程改变芯片实现的功能，增强了系统的灵活性。
56.所述导引头通过数据监视设备和测试计算机相连接，所述数据监视设备可以用fpga实现，通过高速rapidio接口和导引头进行片上通信，数据监视设备用于监控并记录导引头软件某功能测试中关注的关键中间状态变量和时序参数，某功能测试完成后将监控的关键中间状态变量和时序参数发送给测试计算机。
57.如图2所示，本发明提供的一种基于上述平台实现的提高导引头软件功能测试质量和效率的测试方法流程如下：
58.第一步，测试需求分解步骤，编写各功能测试的输入文件和标准解模块。
59.根据导引头软件的研制需求，分解出各功能测试用例表格，给出各功能测试的输入数据和标准解模块，标准解模块根据输入数据产生期望的测试结果。测试人员按照功能项对功能测试对应的输入数据和期望测试结果进行索引，形成功能测试项索引表。
60.第二步，桩模块和脚本文件准备步骤，编写各功能测试的桩模块和开发工具(如ccs开发环境)的脚本文件。
61.结合软件在线插桩技术，对被测导引头软件中功能测试点进行插桩，插桩点主要用于提高测试的可观测性，用于提高功能测试异常时问题的定位，通过宏定义决定该桩模块是否有效，在编译时通过脚本语言传递宏定义参数给开发环境的编译器决定桩模块是否启用，并通过高分辨率定时器记录功能测试过程中关键重要变量的时序参数信息。利用脚本语言(如python)实现将测试过程对开发工具(如ccs开发环境)操作以及导引头硬件电路下载程序等步骤自动化，代替人手工进行编译和下载程序，节省在线调试过程中需要开发人员频繁手动编译和下载程序的时间。
62.第三步，功能测试启动和测试数据收集步骤。
63.测试计算机的功能测试流程模块启动某项功能测试，测试计算机根据功能测试项索引表通过测试输入产生模块输入控制信号给可程控电源、三轴转台、导引头、可程控二维运动平台、可程控目标模拟器和干扰设备，并实时收集测试过程中导引头该功能测试项对应的关键中间数据以及对应的时序信息。该功能测试项测试结束后，数据监视设备将记录的测试数据发送给测试计算机。通过测试计算机可以自动对导引头进行加电或断电，节省人手工频繁对导引头上电或断电的操作。
64.第四步，测试结果自动比对步骤。通过测试计算机中的测试结果比对模块比对该功能测试的记录的中间状态变量、时序参数和标准解是否一致。
65.第五步，针对下一个功能测试项，重复步骤三和四。
66.根据测试结果比对结果开始下一个功能测试项的测试。通过测试计算机的功能测试流程模块读取该功能测试项索引表的输入数据，控制可程控电源上电或断电、改变目标信号特征、模拟发送飞行控制软件命令或模拟改变干扰特征，实现下一个功能点的测试。
67.第六步，测试总结步骤。
68.当测试完所有功能测试点后，测试计算机中的测试结果评判模块给出各功能测试项测试是否通过标识，方便测试人员查看测试是否通过。
69.至此，完成了一种提高导引头软件功能测试质量和效率的测试平台和测试方法。
70.表1为本发明以导引头目标搜索流程功能测试为例的输入和期望结果示意表。以导引头目标搜索流程功能测试为例，对一种提高导引头软件功能测试质量和效率的测试平台和方法进行实例说明。
71.[0072][0073]
表1以导引头目标搜索流程为例功能测试输入和期望结果
[0074]
图3中a)为本发明导引头功能测试状态转换的总状态机。在总状态机种将需要进行的功能测试按照时序连接成一个时序状态机，图3中a)的状态机包括空闲状态、目标搜索流程功能测试、抗干扰功能测试、功能测试n-1、角度控制功能测试和结束状态，根据需要进行的功能测试的数目可以对状态机的个数进行扩展。其中，收到功能测试启动信号后，进入空闲状态，在空闲状态自动给出目标搜索流程功能测试开始信号，进入图3b)的目标搜索流程功能测试子状态机，当图3中b)的目标搜索流程功能测试子状态机运行结束后给出目标搜索流程功能测试结束信号，在主状态机中的目标搜索流程功能测试检测到目标搜索流程功能测试结束信号后，主状态机自动转移到抗干扰功能测试，抗干扰功能测试的状态转移原理和目标搜索流程功能测试状态转移原理相同。
[0075]
图3中b)为本发明以导引头目标搜索流程功能测试为例的测试状态转换流程示意图。对于导引头目标搜索流程功能测试，测试状态转换流程包括起始状态、表1中序号1单点搜索测试、序号2步进三维搜索测试和序号3搜索异常测试四个状态。在起始状态下，收到图3中a)主状态机发送的目标搜索流程功能测试开始信号后，测试计算机自动进入单点搜索测试状态中。
[0076]
在单点搜索测试状态中测试平台主要完成以下控制操作和记录操作：
[0077]
第一步，测试计算机通过控制可程控目标模拟器输出噪声信号，即可程控目标模拟器输出无目标信号；
[0078]
第二步，测试计算机控制可程控电源给导引头上电，通过调用脚本文件自动编译单点搜索功能测试桩模块的导引头程序并下载至导引头硬件电路中；
[0079]
第三步，测试计算机控制导引头开机，导引头开机后由于没有目标信号进入目标搜索流程，此时桩模块在线记录导引头搜索时序(包括搜索角度顺序、搜索距离顺序等)；
[0080]
第四步，测试计算机通过控制可程控目标模拟器给出目标信号，控制目标信号的多普勒频率为30khz，目标信号距离为3km，并控制可程控二维运动平台控制目标信号的俯仰角度为1
°
、方位角度为-1
°
；
[0081]
第五步，导引头发现目标，桩模块记录导引头发现目标信号的多普勒频率、目标信号距离、俯仰角度和方位角度等关键状态变量；
[0082]
第六步，测试完成后桩模块将测试过程中记录的关键状态变量和搜索时序通过数据监视设备发送给测试计算机；
[0083]
第七步，测试计算机中的测试结果比对模块通过比对数据监视设备发送的单点搜索测试的关键状态变量和搜索时序与标准解是否一致，给出测试是否完成标记和测试结果标记；
[0084]
第八步，测试计算机控制可程控电源给导引头断电，至此，完成了单点搜索功能的测试。
[0085]
当单点搜索测试状态测试完成后，将单点搜索测试结束信号反馈给测试计算机，测试计算机根据单点搜索测试结束信号自动启动步进三维搜索测试，步进三维搜索测试完成后将步进三维搜索测试结束信号反馈给测试计算机。
[0086]
测试计算机根据反馈的步进三维搜索测试结束信号自动启动搜索异常测试，当搜索异常测试完成后就完成了导引头目标搜索流程功能测试项的测试，给出图3b)中目标搜索流程功能测试结束信号。
[0087]
表2为本发明一种提高导引头软件功能测试质量和效率的测试平台设备间通信协议示意表。表2a)为控制命令帧的格式，包括帧头、控制端地址、接收端地址、数据长度、控制命令帧、校验和和帧尾，其中，测试计算机属于控制端，三轴转台、可程控二维运动平台、可程控目标模拟器、干扰设备、导引头属于接收端，通过测试计算机实现对三轴转台、可程控二维运动平台、可程控目标模拟器、干扰设备、导引头的控制。控制端通过不同的地址实现对接收端的点对点控制。表2b)为应答帧的格式，包括帧头、应答端地址、控制端地址、数据长度、应答帧、校验和和帧尾，应答端包含三轴转台、可程控二维运动平台、可程控目标模拟器、干扰设备、导引头，测试计算机代表控制端，控制端通过应答端地址区分应答帧的数据来源。
[0088][0089][0090]
a)控制命令帧
[0091][0092]
b)应答帧
[0093]
表2测试平台设备间通信协议
[0094]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。