CN104406618B - 一种小卫星测试中基于状态图的测试方法 - Google Patents

Abstract

一种小卫星测试中基于状态图的测试方法，是以遥测参数的抽象状态的有限集合形成状态图中的状态节点，以星上自主变化或者遥控指令的有限集合形成状态的转移条件，将转移条件和状态节点绘制在图上形成测试状态图。根据测试需求，在测试状态图中选择相关的路径形成测试序，交由调度模块和状态判读模块执行。每执行完测试序列中的一个执行元，将获取的卫星实时状态与预期的状态进行比较，当比较结果完全一致或者偏差在允许误差范围之内时认为测试通过。本发明方法将星上自主变化以及依据指令变化同时纳入测试考量，并以状态图的方式表述测试业务的细节，自动生成不同的测试方案，便于测试人员对测试任务的快速设计，提高测试效率。

Description

一种小卫星测试中基于状态图的测试方法

技术领域

本发明属于测试领域，涉及一种小卫星自动化测试方法。

背景技术

当前小卫星测试中，通常是以遥控指令序为测试基准，对遥控指令执行前后的遥测参数进行比对来确定卫星测试是否通过的。在实施过程中其一般测试方法为：(1)手工编写测试指令序列；(2)按照指令序列顺序逐一向卫星发送遥控指令，卫星根据遥控指令执行相应的动作，同时产生卫星被测数据；(3)依据指令的后判逻辑进行判读。

在这种测试方法中，测试人员要考虑各种单机的主备关系、模式、状态，而且要在兼顾遥控指令、遥测参数的测试覆盖率等问题的前提下人工进行指令序列的规划。在这种测试方法的指导下，对测试设计人员的工作量、卫星业务经验、逻辑思维、全局把控能力等要求都非常高。而且，在这种测试方法中，没有将卫星自主变化对测试的影响作为考量，可能会对测试结果的准确性造成一定的影响。另外，这种测试方法本身并不能够对当前卫星的状态进行直观的展现，想要查看或实时监视卫星的各种状态，需要额外的做很多工作。

综上所述，目前所使用的卫星测试方法，在测试人员的精力、能力、数量有限的情况下，严重制约了测试效率的提高，延长了测试周期，增加了测试成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种小卫星测试中基于状态图的测试方法，将星上自主变化以及依据指令变化同时纳入测试考量，并以状态图的方式表述测试业务的细节，基于状态图的搜索方便快速的自动生成不同的测试方案，便于测试人员对测试任务的快速设计，同时加快测试任务的进行，节省测试任务设计和执行的效率。

本发明的技术解决方案是：一种小卫星测试中基于状态图的测试方法，包括如下步骤：

(1)统计所有需要测试的卫星测试指令和星上自主变化的情况，作为激励并形成激励集合；

(2)统计激励集合中各激励发生前、后的卫星参数变化情况，将发生变化的卫星参数及参数的范围进行标识，将标识后的卫星参数及参数的范围作为激励发生前、后的卫星状态；

(3)将步骤(2)中卫星的各状态表示在不同的圆圈内，圆圈的数量与状态的数量相同，将步骤(1)中激励集合中的各种激励表示为有向箭头，采用有向箭头将相关的圆圈连接起来，形成测试状态图；所述的测试状态图包括一个或者多个单页状态图，单页状态图为从一个圆圈到另外一个圆圈之间均存在箭头的图，当测试状态图由两个以上的单页状态图构成时，前一单页状态图的终点与后一单页状态图的起点顺序连接；

(4)根据测试需求，在步骤(3)中得到的测试状态图上进行搜索，将整个测试状态图或者部分测试状态图作为测试任务，顺序提取测试任务上的箭头形成测试序列；

(5)利用卫星测试设备顺序执行测试序列中的各激励，每执行完一个激励，即将获取的卫星实时状态与测试状态图中相应圆圈内的卫星状态进行比较，当比较结果完全一致或者偏差在允许误差范围之内时认为测试通过；顺序执行每一个激励，直至整个测试序列执行完成后结束。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明方法基于状态图的设计，只需要测试设计者将卫星的各种状态及相关遥测参数进行分析并形成测试状态图即可，利用测试状态图搜索方法可以依据卫星的当前状态自动的实时生成需要的测试方案，将测试设计人员从繁重的测试规则、指令序列编辑中解放出来，大幅度提高了测试效率；

(2)本发明方法在测试状态图的基础上，依据相应的搜索方法可以自动保证卫星状态、遥控指令、遥测参数的测试覆盖率，同时使卫星测试覆盖率的计算更加精确，提高了测试的效率及准确性；

(3)本发明方法将星上自主变化纳入了测试考量中，大幅度提高了卫星测试的准确度、完整性，从而提高了卫星测试过程中的测试覆盖率；

(4)本发明方法中，通过状态图，可以实时的对卫星的各种状态进行监视，可以跟随状态图实时观察、监视被测卫星的运行状况，使得卫星的测试过程更加直观、清晰。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明表示卫星状态变迁的单页状态图示意图；

图3为本发明汇总需测试的单页状态图后的状态图示意图；

图4为本发明卫星测试执行序执行流程示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：对小卫星的遥测参数进行归纳和抽象，形成遥测参数的参数状态。根据测试业务归纳和总结遥测参数状态，形成小卫星的运行状态。小卫星的状态迁移由星上自主变化和遥控指令诱导，整理和归纳诱导条件形成状态图中的状态跃迁条件。测试设计时利用状态图，按照状态图的路径搜索自动生成测试执行序。调度执行序中转移条件的遥控指令，根据当前的实际遥测参数来确定转移条件中指令执行前后当前小卫星的即时状态。根据即时状态和执行序中的预设状态判读当前执行序的测试是否成功，并记录判读日志。

为了对本发明进行更确切的表述，下面先给出几个概念。

状态：能够标识卫星某种状态的多个参数及取值范围的集合，在状态图上以圆形或椭圆形的状态图元出现，如表一所示。

表一 卫星状态及相关参数取值对应关系表

状态跃迁：状态与状态之间的转换称为状态跃迁。

激励：可以导致状态跃迁的事情称之为激励，即导致状态跃迁的原因。在本测试方法中涵盖指令发送、星上自主变化两种激励条件，在单页状态图中表现为一条有向线段，这条线段称之为激励线，如表二所示。

表二 卫星激励条件及状态跃迁对应关系表

前卫星状态	激励条件	后卫星状态
			太阳帆板开状态	K001(太阳帆板关闭遥控指令)	太阳帆板关状态
太阳帆板关状态	K002(太阳帆板打开遥控指令)	太阳帆板开状态
			太阳帆板关状态	星上自主变化	太阳帆板开状态

状态图：标识状态跃迁及其激励的图形称之为状态图。

单页状态图：当一张状态图中没有断线的情况则称之为单页状态图，在单页状态图中不包含任何其他的单页状态图，只存在状态和激励。

测试状态图：用于承载某次测试时用到的单页状态图，标识各单页状态图间的关系，可生成执行序的状态图。测试状态图上单页状态图为最小节点，不存在独立的状态图元。

前置、后置：当单页状态图A需要在单页状态图B的结束状态下才能运行或有意义时，称A为B的后置、B为A的前置。只存在于单页状态图之间，在测试状态图上用有向实线段表示。

执行序：可执行的激励序列称之为执行序，包括按照顺序排列的激励。每个激励的前后状态，如表三所示。

表三 卫星激励条件及状态对应关系表

激励条件	卫星状态
		切A机(K001)	A机可用状态
模拟器退电(K002)	模拟器供电状态

蓄电池放电(K003)	蓄电池供电状态
		..	..

路径搜索算法：用于计算执行序的算法，最简包括最短路径算法、全路径覆盖算法、全节点覆盖算法三种，可以根据需要扩充。

卫星测试模型(简称模型)：表达测试过程中需要涉及到的所有卫星状态及状态跃迁的描述，本发明方法中以状态图的形式进行描述。

最短路径算法：最短路径问题是图论研究中的一个经典算法问题，旨在寻找图(由结点和路径组成的)中两结点之间的最短路径，用于解决最短路径问题的算法被称做“最短路径算法”。

全路径覆盖算法：解决覆盖所有路径问题的一种算法，这个问题也称邮递员问题(也称邮路问题，Route Inspection Problem，或中国邮路问题，China Route InspectionProblem，或中国邮递员问题Chinese Postman Problem)是一个图论问题。此问题为在一个连通的无向图中找到一最短的封闭路径，且此路径需通过所有边至少一次。简单来说，邮递员问题就是在一个已知的地区，邮差要设法找到一条最短路径，可以走过此地区所有的街道，且最后要回到出发点，此问题是图遍历问题的一种。无向图的中国邮路问题是容易解决的，是P问题；而有向图的中国邮路问题是NP完全问题。中国邮递员问题由管梅谷教授在1960年提出，而美国国家标准和技术研究院(NIST)的Alan Goldman首先将此问题命名为中国邮路问题。

全节点覆盖算法：即解决搜索路径最少且可以覆盖所有节点问题也称为旅行推销员问题(Travelling Salesman Problem，又称为旅行商问题、货郎担问题、TSP问题)的一种算法，此处采用的是普里姆算法(Prim算法)，图论中的一种算法，可在加权连通图里搜索最小生成树。意即由此算法搜索到的边子集所构成的树中，不但包括了连通图里的所有顶点，且其所有边的权值之和亦为最小。该算法于1930年由捷克数学家沃伊捷赫·亚尔尼克发现；并在1957年由美国计算机科学家罗伯特·普里姆独立发现；1959年，艾兹格·迪科斯彻再次发现了该算法。因此，在某些场合，普里姆算法又被称为DJP算法、亚尔尼克算法或普里姆－亚尔尼克算法。

深度遍历：又称深度优先搜索算法(Depth-First-Search)，是搜索算法的一种。是沿着树的深度遍历树的节点，尽可能深的搜索树的分支。当节点v的所有边都己被探寻过，搜索将回溯到发现节点v的那条边的起始节点。这一过程一直进行到已发现从源节点可达的所有节点为止。如果还存在未被发现的节点，则选择其中一个作为源节点并重复以上过程，整个进程反复进行直到所有节点都被访问为止，属于盲目搜索。深度优先搜索是图论中的经典算法，利用深度优先搜索算法可以产生目标图的相应拓扑排序表，利用拓扑排序表可以方便的解决很多相关的图论问题，如最大路径问题等等

广度遍历：又称广度优先搜索算法(Breadth-First-Search)，也可译作宽度优先搜索，或横向优先搜索，简称BFS，是一种图形搜索算法。简单的说，BFS是从根节点开始，沿着树的宽度遍历树的节点。如果所有节点均被访问，则算法中止。广度优先搜索的实现一般采用open-closed表。

如图1所示，为本发明方法的流程图。本发明方法的实施主要分为两部分，模型建立和测试执行。

模型建立：

第一步：统计所有需要测试的指令和星上自主变化的情况，作为激励。(也可以将一个指令序列作为一个激励，意味着多条指令顺序执行后某状态发生变化)

第二步：分析所有激励发生前后的卫星参数变化，将发生变化的参数的范围进行标识，作为状态。其激励前的状态到激励后的状态变化即为一次状态跃迁。(在前后状态中可以添加某些佐证参数用以直观证明)

第三步：创建一个单页状态图，将可以不断线的状态变迁绘制在这个单页状态图中，并设置图的起点终点，及默认路径搜索方法(最短路径算法、全路径覆盖算法、全节点覆盖算法)，如图2所示。这里需要说明的是，每个单页状态图的起点和终点必需要有且可以有多个。

第四步：重复第三步直到所有需要测试的激励、状态都已经绘制成为单页状态图。至此卫星测试模型建立完成，后续可以在此模型中选取需要测试的内容进行测试。

第五步：新建测试状态图，将需要测试的所有单页状态图选取出来，放到新建的测试状态图上，如图3所示。此时测试状态图中有很多单页状态图，这些单页状态图是作为独立节点存在的，之间是没有逻辑关系，只是在第六步完成后存在顺序的。

第六步：按照测试的先后顺序对单页状态图间手工进行测试顺序标识。测试顺序标识存在两种情况，其一：两个单页状态图之间没有任何联系只是测完一个单页状态图再测另外一个，此时用有向虚线段表示，也可不进行连线；其二：两个单页状态图之间存在前置后置逻辑关系，此时用有向实线段表示。

第七步：设置测试状态图的搜索方法(深度搜索、广度搜索)至此一次测试的状态图已经绘制完成，可以根据本次测试需要对单页状态图、测试状态图进行路径搜索方法修正，此时修正的方法标识为本测试状态图独有，不影响其他测试状态图。

第八步：按照第六步和第七步所设定的规则(测试状态图上标识的前后置关系、每个单页状态图的路径搜索方法、测试状态图上标识的搜索方法)，进行测试执行序的生成。现简单描述下生成过程：

A、按照每个单页状态图设置的路径搜索方法，生成该单页状态图的执行序。

B、找出有前后置的单页状态图，在前置状态图的执行序中每个结束状态后插入后置状态图的执行序，即将有前后置的作为一个独立节点来计算。

C、按照测试状态图上标识的路径搜索方法，将各单页状态图的执行序组合成为一个完整的测试执行序。

测试执行：

具体流程如图4所示：

第一步、启动状态判读机构，此时判读机构会依据遥测参数值对测试序相关的所有状态进行实时刷新(实时刷新的状态称为即时状态)，某状态所涉及的参数范围符合该状态的描述则卫星处于该状态，否则卫星不处于该状态。

第二步、将测试设计生成的执行序，交由调度模块进行控制执行。

第三步、调度模块依据执行序结合当前即时状态，发送激励条件，此时卫星依据激励执行相应的动作，同时产生遥测数据。如表四所示。

表四 卫星激励条件及预设状态、即时状态对应关系表

预设状态	即时状态	激励条件	激励条件描述
				A机可用状态	A机可用状态	K001	电源下位机切机A加B断
模拟器供电状态	模拟器供电状态	K002	模拟器供电
				蓄电池供电状态	蓄电池放电状态	K003	蓄电池供电
..	..

第四步、依据当前的执行序获得当前的预设状态，从判读机构中获取该卫星是否处于当前预设状态，是则说明测试通过，转向第三步。否则向外发出报警，并形成当前判读日志，记录判读日志。

第五步、调度判断是否继续执行，如果继续执行则重复步骤三、四，直至执行序执行完成，如果不需要执行则立即结束测试。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种小卫星测试中基于状态图的测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)统计所有需要测试的卫星测试指令和星上自主变化的情况，作为激励并形成激励集合；

(2)统计激励集合中各激励发生前、后的卫星参数变化情况，将发生变化的卫星参数及参数的范围进行标识，将标识后的卫星参数及参数的范围作为激励发生前、后的卫星状态；

(3)将步骤(2)中卫星的各状态表示在不同的圆圈内，圆圈的数量与状态的数量相同，将步骤(1)中激励集合中的各种激励表示为有向箭头，采用有向箭头将相关的圆圈连接起来，形成测试状态图；所述的测试状态图包括一个或者多个单页状态图，单页状态图为从一个圆圈到另外一个圆圈之间均存在箭头的图，当测试状态图由两个以上的单页状态图构成时，前一单页状态图的终点与后一单页状态图的起点顺序连接；

(4)根据测试需求，在步骤(3)中得到的测试状态图上进行搜索，将整个测试状态图或者部分测试状态图作为测试任务，顺序提取测试任务上的箭头形成测试序列；具体为：

(41)按照每个单页状态图设置的路径搜索方法，生成该单页状态图的执行序；所述的单页状态图的路径搜索方法为最短路径算法、全路径覆盖算法或者全节点覆盖算法；

(42)找出有前后置的单页状态图，在前置状态图的执行序中每个结束状态后插入后置状态图的执行序；

(43)按照测试状态图上标识的路径搜索方法，将各单页状态图的执行序组合成为一个完整的测试执行序；所述的测试状态图的路径搜索方法为深度搜索或者广度搜索；

(5)利用卫星测试设备顺序执行测试序列中的各激励，每执行完一个激励，即将获取的卫星实时状态与测试状态图中相应圆圈内的卫星状态进行比较，当比较结果完全一致或者偏差在允许误差范围之内时认为测试通过；顺序执行每一个激励，直至整个测试序列执行完成后结束。