CN111176999B - 一种无人机飞控管理软件的测试平台构建方法和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种无人机飞控管理软件的测试平台构建方法和测试方法，包括：建立无人机飞行控制管理软件的接口，接口包括无人机飞行控制管理软件的内部接口和外部接口；根据内部接口建立用于运行无人机飞行控制管理软件的虚拟目标机；建立分布式仿真数据总线，并通过分布式仿真数据总线连接无人机飞行控制管理软件和外部仿真子系统；根据外部接口建立用于仿真外部环境子系统的外部仿真子系统。本发明实施例通过建立与无人机飞行控制与管理系统软件相关联的外围设备数字仿真环境，同时集成成熟的测试分析和管理工具，在此基础上进行无人机飞行控制与管理系统软件的白盒测试、黑盒测试及静态分析的综合测试方法。

Description

一种无人机飞控管理软件的测试平台构建方法和测试方法

技术领域

本申请涉及但不限于机载电子技术领域，尤指一种无人机飞控管理软件的测试平台构建方法和测试方法。

背景技术

综合航空电子及火控系统软硬件综合设计技术在现代各种型号的军机上得到广泛的应用，无人机飞行控制与管理系统软件实现了飞机飞行和作战任务的核心功能。目前无人机飞行控制与管理系统软件的研发模式，大多先进行系统设计，再开始进行硬件设备达到交付状态后，软件研发及测试人员再进行软件的设计开发和单元部件测试，以及软硬件系统集成测试和验证，如图1所示，为本发明实施例中的无人机飞控管理软件的系统构型的示意图，其中含有飞行控制与管理子系统(无人机飞行控制与管理系统软件)。

由于综合航空电子及火控系统无人机飞行控制与管理系统软件和硬件有很大的相关性，软件功能系统测试依赖于接口交联的诸多产品，导致嵌入式软件在开发及验证中主要存在如下问题：

a)无人机飞行控制与管理系统软件开发需要等待硬件设备的开发和测试，只有提交出可用的硬件设备后才可开展和硬件紧密相关的软件的开发，导致整个项目的周期拖长；

b)在软件开发调试及测试阶段，由于硬件设备资源有限，或者硬件设备成本较高，导致软件项目团队无法高效地进行相关调试工作；

c)由于硬件设备早期调试阶段，可能会存在设计或者样机生产方面的问题，导致在进行软件调试时，无法有效区分软件或硬件的故障，使得软件的调试效率低下；

d)在测试验证阶段，基于真实硬件环境，很多软件设计中的异常情况处理等情况，难以通过硬件环境进行测试和验证；

e)在多个版本的软件同时测试验证阶段，由于仅有一套真实硬件环境，形成了为测试多版本无人机飞行控制与管理系统软件，在同一套硬件测试平台同时竞争测试资源的情景；

f)或者，经常出现仅有的一套真实硬件环境正在研发和试验某一版无人机飞行控制与管理系统软件功能，不能同时进行另一版无人机飞行控制与管理系统软件测试的状态，耽误了测试计划和软件产品装机计划。

g)进一步，针对外场装机多版本无人机飞行控制与管理系统软件状态，从开发、试验、外场排故以及内部和外部测试的各个阶段，随时出现测试平台激烈竞争的情况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种无人机飞控管理软件的测试平台构建方法和测试方法，通过建立与无人机飞行控制与管理系统软件相关联的外围设备数字仿真环境，同时集成成熟的测试分析和管理工具，在此基础上进行无人机飞行控制与管理系统软件的白盒测试、黑盒测试及静态分析的综合测试方法。

本发明实施例提供一种无人机飞控管理软件的测试平台构建方法，包括：

建立无人机飞行控制管理软件的接口，所述接口包括所述无人机飞行控制管理软件的内部接口和外部接口；

根据所述内部接口建立用于运行所述无人机飞行控制管理软件的虚拟目标机；

建立分布式仿真数据总线，并通过所述分布式仿真数据总线连接所述无人机飞行控制管理软件和外部仿真子系统；

根据所述外部接口建立用于仿真外部环境子系统的外部仿真子系统。

可选地，如上所述的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法中，所述无人机飞行控制管理软件的内部接口包括：控制接口、嵌入式操作系统接口、CPU编程接口、BSP板级接口，所述无人机飞行控制管理软件的外部接口包括各外部仿真子系统的总线接口。

可选地，如上所述的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法中，所述根据所述内部接口建立用于运行所述无人机飞行控制管理软件的虚拟目标机，包括：

根据控制接口建立所述虚拟目标机的控制硬件，根据CPU编程接口建立所述虚拟目标机的CPU硬件，根据嵌入式操作系统接口建立所述虚拟目标机的嵌入式操作系统，根据BSP板级接口建立所述虚拟目标机的BSP板级硬件。

可选地，如上所述的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法中，建立所述外部仿真子系统之前，所述方法还包括：

根据待仿真的外部环境子系统建立第一模型库，所述第一模型库包括大气数据子系统的模型，卫星/导航子系统的模型；

根据待仿真的外部环境子系统建立第二模型库，所述第二模型库包括：数据链通信子系统的模型，舵面控制子系统的模型；

根据待仿真的外部环境子系统建立第三模型库，所述第三模型库包括：机电管理子系统的模型，发动机管理子系统的模型。

可选地，如上所述的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法中，所述根据所述外部接口建立用于仿真外部环境设备的外部仿真子系统，包括：

根据所述各外部仿真子系统的总线接口和所述第一模型库分别建立大气数据子系统，卫星/导航子系统；

根据所述各外部仿真子系统的总线接口和所述第二模型库分别建立数据链通信子系统，舵面控制子系统；

根据所述各外部仿真子系统的总线接口和所述第三模型库分别建立机电管理子系统，发动机管理子系统；

根据所述各外部仿真子系统的总线接口、所述第一模型库、第二模型库和第三模型库建立各外部仿真子系统的故障信息管理子系统。

可选地，如上所述的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法中，所述建立用于仿真外部环境子系统的外部仿真子系统，包括：

建立各外部仿真子系统的动态链接库；

形成每个动态链接库分别与无人机飞行控制管理软件和嵌入式操作系统的标准接口；

将用于实现不同功能的多个动态链接库放置在所述无人机飞行控制管理软件的测试平台中，用于形成多个外部仿真子系统。

可选地，如上所述的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法中，还包括：

根据所述无人机飞行控制管理软件的配置项测试要求，建立所述无人机飞行控制管理软件的综合测试管理工具，所述综合测试管理工具包括：测试用例生成工具和测试管理工具；

建立所述无人机飞行控制管理软件的集成辅助测试分析工具，所述集成辅助测试分析工具包括：覆盖率测试工具，静态分析工具，测试结果分析工具，调试器和开发工具。

本发明实施例还提供无人机飞行控制管理软件的测试方法，采用如上述任一项构建的无人机飞行控制管理软件的测试平台执行所述测试方法，所述测试方法包括：

根据无人机飞行控制管理软件的测试需求，通过综合测试管理工具编写测试用例集，所述测试用例集包括软件测试脚本和测试指令序列集；

将所述测试指令序列集注入到各外部仿真子系统中；

各外部仿真子系统根据所述无人机飞行控制管理软件的运行功能需求，将自身的激励数据进行处理后，传输给所述无人机飞行控制管理软件；

所述无人机飞行控制管理软件根据从各外部仿真子系统接收到的激励数据进行配置项测试后，将测试结果输出给相应的外部仿真子系统进行记录和分析后，输出测试结果。

本发明实施例提供的无人机飞控管理软件的测试平台构建方法和测试方法，该方法是提供一套全数字化虚拟的高度仿真测试环境,测试者无需依靠真实的无人机飞行控制与管理系统软件机载设备和真实的环境激励设备。具备以下优点：

a)首次提供了一种脱离成品厂硬件设备的虚拟测试平台，满足无人机飞行控制与管理系统软件提前高效开发和测试的需求(节省时间和资金及人员)；

b)在虚拟测试平台上包含各种测试分析、管理工具，同时可以满足无人机飞行控制与管理系统软件的静态分析、白盒测试、黑盒测试方法；

c)在虚拟测试平台上不仅建立了全系统的外围设备正常功能模型库，而且建立了故障模型库，满足无人机飞行控制与管理系统软件所有正常、边界及异常测试用例的执行测试要求；

d)正因为建立全系统的外围设备正常功能模型库，而且建立了故障模型库，根据以后其他各型飞机机载电子系统构型，进行有效裁剪和优化或扩展，可以满足其他机载软件的测试需求。

e)在此测试平台上，还可以调试和开发后续各型飞机系列的数个新版无人机飞行控制与管理系统软件，大大节省资金、时间和人力资源。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例中的无人机飞控管理软件的系统构型的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种无人机飞控管理软件的测试平台构建方法的流程图；

图3为本发明实施例中一种无人机飞行控制管理软件的内部接口和外部接口的示意图；

图4为本发明实施例中一种无人机飞行控制管理软件的虚拟测试环境接口及组成关系的示意图；

图5为本发明实施例中一种无人机飞行控制管理软件的虚拟测试环境测试执行原理构型；

图6为本发明实施例中一种无人机飞行控制管理软件的虚拟测试环境实验室建设示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明实施例的技术方案为：设计一种虚拟测试平台，包含虚拟目标机系统、外围设备正常功能模型库系统、外围设备故障模式模型库系统、分布式总线仿真网络、测试分析和管理系统等，为军机无人机飞行控制与管理系统软件提供高效的白盒测试、黑盒测试及静态分析测试平台。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图2为本发明实施例提供的一种无人机飞控管理软件的测试平台构建方法的流程图。本实施例提供的无人机飞控管理软件的测试平台构建方法可以包括如下步骤：

S110，建立无人机飞行控制管理软件的接口，接口包括无人机飞行控制管理软件的内部接口和外部接口；

S120，根据内部接口建立用于运行无人机飞行控制管理软件的虚拟目标机；

S130，建立分布式仿真数据总线，并通过分布式仿真数据总线连接无人机飞行控制管理软件和外部仿真子系统；

S140，根据外部接口建立用于仿真外部环境子系统的外部仿真子系统。

本发明实施例中无人机飞行控制管理软件的内部接口包括：控制接口、嵌入式操作系统接口、CPU编程接口、BSP板级接口，无人机飞行控制管理软件的外部接口包括各外部仿真子系统的总线接口。如图3所示，为本发明实施例中一种无人机飞行控制管理软件的内部接口和外部接口的示意图。

本发明实施例中S120的实现方式为：根据控制接口建立虚拟目标机的控制硬件，根据CPU编程接口建立虚拟目标机的CPU硬件，根据嵌入式操作系统接口建立虚拟目标机的嵌入式操作系统，根据BSP板级接口建立虚拟目标机的BSP板级硬件。

本发明实施例中，建立外部仿真子系统之前，还可以包括：

根据待仿真的外部环境子系统建立第一模型库，第一模型库包括大气数据子系统的模型，卫星/导航子系统的模型；

根据待仿真的外部环境子系统建立第二模型库，第二模型库包括：数据链通信子系统的模型，舵面控制子系统的模型；

根据待仿真的外部环境子系统建立第三模型库，第三模型库包括：机电管理子系统的模型，发动机管理子系统的模型。

相应地，根据外部接口建立用于仿真外部环境设备的外部仿真子系统的实现方式，可以包括：

根据各外部仿真子系统的总线接口和第一模型库分别建立大气数据子系统，卫星/导航子系统；

根据各外部仿真子系统的总线接口和第二模型库分别建立数据链通信子系统，舵面控制子系统；

根据各外部仿真子系统的总线接口和第三模型库分别建立机电管理子系统，发动机管理子系统；

根据各外部仿真子系统的总线接口、第一模型库、第二模型库和第三模型库建立各外部仿真子系统的故障信息管理子系统。

如图4所示，为本发明实施例中一种无人机飞行控制管理软件的虚拟测试环境接口及组成关系的示意图。图中示意出通过上述模型库建立的各子系统。

可选地，本发明实施例中S140的实现方式，可以包括：

建立各外部仿真子系统的动态链接库；

形成每个动态链接库分别与无人机飞行控制管理软件和嵌入式操作系统的标准接口；

将用于实现不同功能的多个动态链接库放置在无人机飞行控制管理软件的测试平台中，用于形成多个外部仿真子系统。

可选地，本发明实施例提供的方法，还可以包括：

根据无人机飞行控制管理软件的配置项测试要求，建立无人机飞行控制管理软件的综合测试管理工具，综合测试管理工具包括：测试用例生成工具和测试管理工具；

建立无人机飞行控制管理软件的集成辅助测试分析工具，集成辅助测试分析工具包括：覆盖率测试工具，静态分析工具，测试结果分析工具，调试器和开发工具。图4中示意出综合测试管理工具和测试分析、调试辅助等工具。

基于本发明实施例提供的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法，本发明实施例还提供一种无人机飞行控制管理软件的测试方法，该测试方法可以采用上述实施例中构建的无人机飞行控制管理软件的项测试平台执行，该测试方法包括：

步骤1，根据无人机飞行控制管理软件的测试需求，通过综合测试管理工具编写测试用例集，测试用例集包括软件测试脚本和测试指令序列集；

步骤2，将测试指令序列集注入到各外部仿真子系统中；

步骤3，各外部仿真子系统根据无人机飞行控制管理软件的运行功能需求，将自身的激励数据进行处理后，传输给无人机飞行控制管理软件；

步骤4，无人机飞行控制管理软件根据从各外部仿真子系统接收到的激励数据进行配置项测试后，将测试结果输出给相应的外部仿真子系统进行记录和分析后，输出测试结果。

图5为本发明实施例中一种无人机飞行控制管理软件的虚拟测试环境测试执行原理构型，图5示意出上述测试的过程。图6为本发明实施例中一种无人机飞行控制管理软件的虚拟测试环境实验室建设示意图。

本发明实施例首次提供了一种与无人机飞行控制与管理系统软件相关联的虚拟目标机和建立能够进行故障注入的全数字化仿真测试环境构建的方法，该方法是提供一套全数字化虚拟的高度仿真测试环境，测试者无需依靠真实的无人机飞行控制与管理系统软件机载设备和真实的环境激励设备；采用该方法，在上述测试环境下，可以测试覆盖所有无人机系统顶层设计要求的正常功能和异常(故障)功能，测试结果具有确定性，选取的测试原理合理，不会出现测试结果无法判断的情况；采用本方法能够充分测试无人机飞行控制与管理系统软件功能设计的正确性。

以下通过一个具体实施示例对本发明实施例提供的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法和测试方法进行详细说明。

步骤1，设计及定义无人机飞行控制与管理系统软件机载网络构型，由1553B、RS422总线连接，子系统第一部分包含大气数据系统、卫星/导航系统；子系统第二部分包含数据链系统、舵面控制系统；子系统第三部分包含机电管理系统、发动机管理系统，如图1所示；

步骤2，设计及定义无人机飞行控制与管理系统软件相关联的内部接口：包含：显示类接口、控制类接口、操作系统接口、CPU编程类接口、BSP板级接口，再定义外部子系统总线数据接口，如图3所示；

步骤3，设计虚拟目标机，开发CPU指令、常用BSP板级芯片、I/O、中断、时钟等模拟功能，最终在虚拟目标机上实现嵌入式CPU的功能，如图4所示左部分；

步骤4，设计建立分布式仿真与验证数据总线(1553B及422)连接整个模型，通过总线，与无人机飞行控制与管理系统软件相关的外围仿真组件可以动态地加入或退出仿真测试平台；

步骤5，采用以太网模拟分布式数据总线，网络协议采用TCP/IP协议，设计建立分布式仿真与验证数据总线(1553B)，连接整个模型，通过总线，与无人机飞行控制与管理系统软件相关的外围仿真组件可以动态地加入或退出仿真测试平台；

步骤6，建立外围设备模型库1，模型库包括大气数据系统、卫星/导航系统等与飞行有关的子系统模型(正常功能)，采用FLISIM飞行环境仿真工具，实现对飞机飞行环境的运行控制，满足无人机飞行控制与管理系统软件与飞行任务相关功能要求，如图4所示下部分；

步骤7，建立外围设备模型库2，模型库包括地面站空地数据链通信系统、舵面控制系统相关模型(正常功能)，满足无人机飞行控制与管理系统软件与此系统完成与地面站的任务、飞参数据信息收发和处理，以及根据指令对飞机的飞行与起降进行升降舵、螺旋桨、油气混合比、油门、起落架控制相关功能要求，如图4所示下部分；

步骤8，建立外围设备模型库3，包含机电管理系统、发动机管理系统等其他机载子系统模型(正常功能)，满足无人机飞行控制与管理系统软件与此部分系统执行发动机相关参数、起落架、襟翼状态信息采集的相关功能要求，如图4所示下部分；

步骤9，根据以上外围设备模型库1、2、3，建立以上所有系统的故障信息模型库，并集中管理，满足无人机飞行控制与管理系统软件系统测试边界、故障用例测试执行需求，如图3所示下部分；

步骤10，开发以上各个子系统动态链接库(dll)，并形成与无人机飞行控制与管理系统软件和嵌入式操作系统的标准接口，然后进行分类或优化组合，将数个实现不同功能的插件dll放置到同一个项目中，可实现同时多个外围设备仿真，如图4所示下部分；

步骤11，设计测试综合管理工具，是整个测试平台的测试综合管理中心，可配置整个无人机飞行控制与管理系统软件相关测试系统；动态、可视化地显示每一个无人机飞行控制与管理系统软件测试用例注入、执行过程的数据，可管理以及选择记录每个测试用例的数据，并保存，如图4所示右部分；

步骤12，集成辅助测试工具，包括覆盖率测试工具(testbed软件)、静态分析工具(COBOT库博软件)，以及集成测试分析调试器、开发工具(LabView)等，在仿真测试平台进行飞行控制与管理软件黑盒测试的同时，也能够进行白盒测试，静态分析和软件质量度量等测试过程，如图4右部分所示；

步骤13，当目标机系统环境(包含待测无人机飞控管理软件)和外部系统及测试环境同时运行以后，测试人员根据待测无人机飞行控制与管理系统软件测试需求文档，开始编写测试用例，形成软件测试脚本和编制测试指令序列集，测试人员将测试指令序列集注入到外部环境仿真子系统中，然后根据无人机飞行控制与管理系统软件运行功能需要，外部仿真子系统进行数据处理，输入给待测无人机飞行控制与管理系统软件，最后，待测软件将运行结果输出到外部环境仿真子系统中，经过数据处理，输出到测试记录与分析软件模块中，测试人员进行最终测试结果确认，给出测试结论，如图4所示。

步骤14，在以上基础上，构建无人机飞行控制与管理系统软件测试平台应用平台和搭建实验室，如图6所示。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法，其特征在于，包括：

步骤1，设计及定义无人机飞行控制与管理系统软件机载网络构型，第一部分包含大气数据系统、卫星/导航系统；第二部分包含数据链系统、舵面控制系统；第三部分包含机电管理系统、发动机管理系统；

步骤2，建立无人机飞行控制管理软件的接口，所述接口包括所述无人机飞行控制管理软件的内部接口和外部接口；所述无人机飞行控制管理软件的内部接口包括：控制接口、嵌入式操作系统接口、CPU编程接口、BSP板级接口，所述无人机飞行控制管理软件的外部接口包括各外部仿真子系统的总线接口

步骤3，根据所述内部接口建立用于运行所述无人机飞行控制管理软件的虚拟目标机；

步骤4，建立分布式仿真数据总线，并通过所述分布式仿真数据总线连接所述无人机飞行控制管理软件和外部仿真子系统；

步骤5，根据所述外部接口建立用于仿真外部环境子系统的外部仿真子系统；

其中，所述步骤3包括：根据控制接口建立所述虚拟目标机的控制硬件，根据CPU编程接口建立所述虚拟目标机的CPU硬件，根据嵌入式操作系统接口建立所述虚拟目标机的嵌入式操作系统，根据BSP板级接口建立所述虚拟目标机的BSP板级硬件；

所述步骤5包括：根据各外部仿真子系统的总线接口和预先建立的模型库建立大气数据子系统，卫星/导航子系统，数据链通信子系统，舵面控制子系统，机电管理子系统，发动机管理子系统，以及各外部仿真子系统的故障信息管理子系统。

2.根据权利要求1所述的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法，其特征在于，建立所述外部仿真子系统之前，所述方法还包括：

根据待仿真的外部环境子系统建立第一模型库，所述第一模型库包括大气数据子系统的模型，卫星/导航子系统的模型；

根据待仿真的外部环境子系统建立第二模型库，所述第二模型库包括：数据链通信子系统的模型，舵面控制子系统的模型；

根据待仿真的外部环境子系统建立第三模型库，所述第三模型库包括：机电管理子系统的模型，发动机管理子系统的模型。

3.根据权利要求2所述的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法，其特征在于，所述根据所述外部接口建立用于仿真外部环境设备的外部仿真子系统，包括：

根据所述各外部仿真子系统的总线接口和所述第一模型库分别建立大气数据子系统，卫星/导航子系统；

根据所述各外部仿真子系统的总线接口和所述第二模型库分别建立数据链通信子系统，舵面控制子系统；

根据所述各外部仿真子系统的总线接口和所述第三模型库分别建立机电管理子系统，发动机管理子系统；

根据所述各外部仿真子系统的总线接口、所述第一模型库、第二模型库和第三模型库建立各外部仿真子系统的故障信息管理子系统。

4.根据权利要求1中任一项所述的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法，其特征在于，所述建立用于仿真外部环境子系统的外部仿真子系统，包括：

建立各外部仿真子系统的动态链接库；

形成每个动态链接库分别与无人机飞行控制管理软件和嵌入式操作系统的标准接口；

将用于实现不同功能的多个动态链接库放置在所述无人机飞行控制管理软件的测试平台中，用于形成多个外部仿真子系统。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的无人机飞行控制管理软件的测试平台构建方法，其特征在于，还包括：

根据所述无人机飞行控制管理软件的配置项测试要求，建立所述无人机飞行控制管理软件的综合测试管理工具，所述综合测试管理工具包括：测试用例生成工具和测试管理工具；

建立所述无人机飞行控制管理软件的集成辅助测试分析工具，所述集成辅助测试分析工具包括：覆盖率测试工具，静态分析工具，测试结果分析工具，调试器和开发工具。

6.一种无人机飞行控制管理软件的测试方法，其特征在于，采用如权利要求1～5中任一项构建的无人机飞行控制管理软件的测试平台执行所述测试方法，所述测试方法包括：

根据无人机飞行控制管理软件的测试需求，通过综合测试管理工具编写测试用例集，所述测试用例集包括软件测试脚本和测试指令序列集；

将所述测试指令序列集注入到各外部仿真子系统中；

各外部仿真子系统根据所述无人机飞行控制管理软件的运行功能需求，将自身的激励数据进行处理后，传输给所述无人机飞行控制管理软件；

所述无人机飞行控制管理软件根据从各外部仿真子系统接收到的激励数据进行配置项测试后，将测试结果输出给相应的外部仿真子系统进行记录和分析后，输出测试结果。