航空电子系统综合试验验证

2016年9月21日综合试验环境4综述1试验分类及内容2综合试验测试方法3授课提纲综合试验管理5综述1.航空电子系统综合试验贯穿航空电子系统研制、使用到升级维护的整个生命周期，涉及不同的学科和领域，相互交叉。2.近年来，随着信息技术的发展，航空电子系统的能力不断提升，系统的综合化程度和复杂度也越来越高，导致系统综合试验本身也是一项复杂的系统工程。3.航空电子系统的综合应与航空电子系统的设计同计划、同实施，建立一套行之有效的综合方法，以保证航空电子系统整个生命周期的各种层次、各种类型的综合工作顺利开展。4.航空电子系统综合试验验证主要是利用仿真与综合测试平台，逐步把航空电子系统内部结构中的所有部分（模型或实物）按照系统设计的逻辑架构和物理架构集成起来，使之在各种外部环境下动态运行，从而验证和测试系统整体是否工作正常，系统整体是否满足设计所要求的功能和性能。——概述综述5.系统综合试验的过程是一个逐步进行，不断发现问题，解决问题，以及设计迭代的过程。6.根据国内外大型武器装备系统研制的经验表明，通过仿真的方法，尽早开始全系统架构下的综合可以降低项目的风险，缩短研制周期。因为早期建立的试验平台更易运作，测试成本低，也更容易发现问题；而且早发现的问题也比后期数值试验和飞行试验时发现的问题更易处理，问题发现得越晚，就需要越多的时间来解决问题并测试所有后续设备的调整，而且可能波及其他系统，造成许多系统的报废和返工。7.图1为航电系统测试阶段划分。8.由于航空电子系统具有空中作业特点，难以构建完全真实的外部环境，因此航空电子系统综合试验，尤其是地面的系统综合试验要尽可能全面充分，尽量将各种问题暴露在试验验证阶段并及时解决。——概述综述图1：航电系统测试阶段划分测试成本综合测试阶段（a）系统设计定义子系统开发软件开发系统综合项目试飞——概述综述图1：航电系统测试阶段划分系统设计定义软件开发子系统开发系统综合项目试飞使用维护改正错误的代价发现错误的阶段(b)——概述综合试验环境4综述1试验分类及内容2综合试验测试方法3授课提纲综合试验管理5试验分类及内容1.概述①按照航空电子系统综合体系流程，需在整个航空电子系统的研制周期内，建立统一的航空电子系统仿真与综合环境，如图2所示。②全数字仿真综合、半物理仿真综合或全物理仿真综合试验环境，以保证在系统需求分析和设计阶段、软件开发阶段、子系统开发阶段和全系统综合阶段分别进行不同层面的系统综合测试。③根据仿真系统的时间特性，按照仿真的时间标尺与自然时间之间的关系分为实时仿真和非实时仿真两大类。非实时仿真又分为超实时仿真和亚实时仿真。实时仿真：仿真模型的时间比例尺等于系统原模型的时间比例尺的一类仿真。——概述试验分类及内容图2：航空电子系统综合体系流程图——概述航空电子系统综合体系流程半物理仿真综合全物理综合全数字仿真综合系统需求分析战术指标论证系统设计验证系统精度分析系统综合测试系统验收测试系统装机前检查系统机上地面试验任务软件集成测试子系统综合测试系统综合测试飞行试验航空电子系统仿真与综合实验环境数学模型、系统设计模型、接口定义、实验与仿真系统混合、人在环控制、综合试验管理试验分类及内容超实时仿真：系统仿真模型的时间过程快于实际系统的时间过程的仿真研究。亚（欠）实时仿真：系统仿真模型的时间过程慢于实际系统的时间过程的仿真研究。④航空电子系统全数字仿真试验根据情况可调整为实时仿真、超实时仿真和亚实时仿真，而半物理仿真综合环境和全物理系统综合环境是有实物在环试验的仿真环境，其必须保证仿真系统的实时性。⑤在航空电子系统的全生命周期内应持续开展系统综合试验，而在各个重要的研制阶段都需要进行综合测试。软件开发测试软硬件综合测试子系统综合——概述试验分类及内容传感器分区综合全系统综合⑥在系统的使用维护期间，利用综合试验以排除各种故障，不断确认系统的可靠性、安全性和维护性，并利用实验结果来改进系统设计。⑦典型航空电子系统综合试验通常分为如下两个阶段。全数字仿真虚拟综合在需求、设计和接口定义阶段，通过建模和接口定义工具对虚拟的系统进行综合测试，在系统的软硬件建立前发现问题、解决问题，可有效减小综合风险。需要强调的是，全数字仿真的航空电子系统仿真架构必须按照系统设计进行严格的综合测试，其目的是为后续各阶段的综合试验环境提供可靠的航空电子系统仿真架构。——概述试验分类及内容模拟仿真综合系统详细设计和接口定义全部完成后，要对需求和设计验证阶段的仿真模型进行升级，完成系统中所有子系统和功能组件的软件模拟器开发，构建模拟仿真航空电子系统仿真架构，支持后续各阶段的综合测试。各子系统和功能组件的软件模拟器以前期数字仿真模型为基础，性能仿真可由简单到复杂，但功能、逻辑、控制、接口完全遵循系统设计，与真实子系统完全一致。——概述试验分类及内容2.系统功能综合试验①功能综合是航空电子系统综合最基本的任务。②功能综合分为子系统级功能综合和系统级功能综合，并贯穿于航空电子系统综合流程体系的每个过程。③子系统级功能综合子系统级功能综合应按照系统对子系统的要求及子系统的设计，对子系统的各项功能逐一进行测试，子系统级功能综合的内容一般包括：a.子系统内部各部件硬件功能测试；b.子系统内部各软件功能单元的功能测试；c.子系统内部各部件之间的接口数据流测试；d.子系统内部各部件之间的控制逻辑测试；——功能综合试验试验分类及内容e.子系统功能、逻辑综合测试；f.子系统精度测试；g.子系统与其他子系统交联关系测试。④系统级功能综合系统级功能综合应按照系统的研制总要求、系统能力目录及系统设计对系统的各项功能逐一进行综合测试，系统级功能综合的内容包括：a.系统内部各子系统软硬件功能综合测试；b.系统内部各子系统之间的接口数据流综合测试；c.系统内部各子系统之间的控制逻辑综合测试；d.系统与飞机其他系统（如飞控、机电、武器等）交联的综合测试；e.系统与地面设备（如任务规划系统等）交联的综合测试；f.系统与飞行员的交联测试。——功能综合试验试验分类及内容⑤在子系统级和系统级的功能综合时，不仅要测试功能、逻辑和接口的正逻辑，还要测试典型的负逻辑，也要测试功能之间的耦合性、独立性，以及功能的健壮性、系统精度等，同时还应考虑环境（如大气、战场目标等）对子系统或航电系统功能的影响。3.系统任务综合试验航空电子系统任务综合是在系统功能综合的基础上，针对飞机的作战任务、作战模式，构建作战任务想定和作战场景想定，将航空电子系统放在想定的战场场景中运行，综合测试航空电子系统的作战任务能力，并进行系统效能评估。——任务综合试验综合试验环境4综述1试验分类及内容2综合试验测试方法3授课提纲综合试验管理5综合试验测试方法1.综合试验测试内容①传统航空电子系统综合试验测试方法是试验人员依据文字描述的“综合试验程序”，借助各种监控、注入、测试、记录和分析等测试工具，通过一系列的操作、检查与分析，并依据系统设计做出测试结果的判断或故障定位。②综合试验测试应包括：a.检查系统硬件连接；b.测试并分析系统的数据流；c.测试并分析系统的控制流；d.测试并分析系统的功能逻辑；e.测试并分析系统的人机交互；——试验测试内容综合试验测试方法f.测试并分析系统对战场场景、态势的响应；g.测试并分析系统作战任务的执行过程；h.分析试验数据，判定试验结果，完成试验报告。2.试验测试工具①航空电子系统综合试验测试工具包括商用的标准设备和针对特定的航空电子系统专门研制的试验设备。②常用的专用试验设备有总线监控器、射频检查仪以及武器接口检查仪等。③总线消息监控器是非常重要的专用试验设备，因为综合化的航空电子系统基于总线架构互联，现有的有1553B总线、AFDX总线以及最新发展的光纤总线等，系统中大量的数据及控制的交互通过总线消息来传递，各种总线消息监控器提供总线消息的监控、注入、测试、记录与分析功能，以辅助测试人员完成试验。——试验测试工具综合试验测试方法3.测试方法①航空电子系统综合试验是一项复杂的系统工程，需要进行全面的、严谨的系统测试分析和设计。在以往的航空电子系统研制过程中，往往由于周期、进度的原因而忽略了对系统综合测试的分析和设计，仅仅是简单地将系统详细设计文件和ICD转换成综合程序（IntegratedProgram，IP）作为测试的依据，由测试人员在座舱中完全由人工进行座舱画面检查和接口数据检查和分析判断。②由此带来的问题是，测试项目可能不完整、不全面，而且基于文本描述生成的综合程序具有二义性，测试结果难以重现和追溯，手工测试中大量枯燥的重复操作使得工作效率低、随意性大，出错的可能性也会增大。——试验测试方法综合试验测试方法③如何提高系统综合测试的质量和效率，是航空电子系统的设计人员和系统综合试验人员一直在研究的问题。影响试验的因素有很多，规范化的综合试验工作流程是保证试验质量和效率的前提，但是如何保证流程能顺利执行，需要相关质量及效率保证等技术提供支持。④综合测试方法主要从试验设计和试验执行两方面提高系统综合试验的效率和质量。a.试验设计应条目化试验设计的结果是后续试验程序、测试用例设计的依据。试验人员通过对测试需求进行分析，确定测试内容，分解测试项目，建立测试项目表。——试验测试方法每个测试项目，包括测试内容，测到什么程度，是否进行负逻辑测试，是否需要精度测试，是否需要边界条件检查，分析影响测试的因素，设计具体的测试方法和评估测试结果的方法，分析测试项覆盖的系统设计过程等。b.试验程序应针对每个测试项目描述针对描述每个测试项目的试验程序是试验人员执行测试的依据。试验程序必须准确描述测试的过程、步骤和方法，保证可重复。由于计算机技术的发展，软件在航空电子系统中所占的比重越来越大，借鉴软件测试用例的思想，制定基于测试用例方法编制规范的、无二义性的、确定的以及可重复使用的“试验程序”，严格定义与综合测试相关的各种要素，以保证系统综合试验的确定性和完整性。——试验测试方法综合试验测试方法试验程序的设计应以试验设计的结果为依据，基于测试用例的方法，针对每个测试项编制的试验程序至少包括以下内容：测试目的和方法描述；系统过程的启动条件；操作步骤；需要关注检查的事件和系统状态的转移；需要关注检查的信号和数据流；需要准备的测试数据、算法和模型；外部特殊条件设置；期望响应；测试结果判别依据；精度分析的算法和模型。——试验测试方法综合试验测试方法c.增强系统自动测试能力所谓自动测试是指在系统综合试验过程中，按照系统解析的测试序列执行测试，依据预先制定的测试用例，规定系统的过程条件、操作步骤、系统状态、时序和期望响应等，产生相应的激励信号，系统将自动采集、记录和检测相关的总线消息等系统响应，对数据流、控制流进行分析，并与期望响应进行对比，给出测试结果判断，生成测试报告，整个过程无需或只需少量人工干预。一直以来，航空电子系统综合执行过程基本上是完全人工的方法，由于航空电子系统的功能逻辑和接口关系非常复杂，飞行员的操作和外部环境因素也很复杂，因此航空电子系统的综合试验执行过程非常复杂，再加上试验程序的确定性和可操作性不强，导致系统综合自动测试实现难度偏大。——试验测试方法综合试验测试方法基于测试用例的试验程序具有良好的确定性、可重复性和可操作性，通过将测试用例生成计算机可解析执行的测试序列，在某些试验中可实现航空电子系统综合部分项目自动测试。系统设计方法的进步推动着系统综合测试能力的提升，图中所示的基于模型的航空电子系统设计方法，由于其设计的输出是确定的、可验证的模型，大大增强了系统自动测试试验的实现能力。——试验测试方法航电系统接口设计工具基于SysML模型的系统设计平台试验场景配置测试设计与管理测试执行被测系统试验环境加载测试用例加载试验场景综合试验测试方法航空电子系统自动测试也有其局限性，主要包括：航空电子系统执行作战任务，为飞行员提供人机接口。面向瞬息万变的战场，其功能、逻辑、接口关系，以及操作显示都是非常复杂的，并且涉及射频、光电等众