CN114356784B - 机载防撞系统防撞软件测试场景在系统测试中的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机载防撞系统防撞软件测试场景在系统测试中的设计方法，步骤1获取防撞系统构成及运行方式，构建软件系统级测试环境；步骤2分解标准测试场景描述文件中的输入数据，提取有效信息；依据系统功能、内外部接口信息，将防撞软件输入信息由内部接口向外部接口进行迁移，使其满足软件系统级测试输入需求；构造S模式应答机DF报文信息、地面站UF报文信息和本机信息；步骤3将构造的测试数据施加在构建的软件系统测试环境之上，利用交通/决断显示器和告警扬声器输出交通决断告警结果，将该结果与仿真输出结果进行比对，验证标准测试场景在软件系统测试中是否可通过。该方法基于DO‑185A标准对防撞软件的测试场景描述，提升软件测试层次。

Description

机载防撞系统防撞软件测试场景在系统测试中的设计方法

技术领域

本发明属于机载防撞系统软件测试领域,特别涉及机载防撞系统防撞软件测试场景在系统测试中的设计方法。

背景技术

机载防撞系统通过对附近空域装有空管应答机的飞机进行有效跟踪与监视，完成对目标飞机的距离、速度、飞行高度、方位等信息的获取并进行计算，根据目标的运行轨迹正确产生交通告警，或进一步依据威胁程度产生决断告警。交通告警和决断告警信息同时以语音和显示器上显示的方式提供给飞行员，及时提醒飞行员采取措施，避让危险，防止与其它飞机发生碰撞；当双方都装有防撞系统时，能够通过S模式数据链交换防撞信息，达到相互协调配合避让的目的。

ACAS收发主机主要包括“监视软件”和“防撞软件”两部分：监视软件负责探测周围A/C模式与S模式飞机，并与周围的飞机进行通讯；防撞软件负责对一定范围内的飞机进行跟踪处理，确定是否存在相撞威胁，如果存在相撞威胁则提出相应的告警提示。

机载防撞系统依据的国际标准DO-185A标准，提供了仿真软件TSIM用于验证防撞系统中“防撞软件”的正确性，提供的标准测试用例集为305个测试场景的输入输出数据。通过TSIM软件加载并运行某一场景输入数据，可将防撞逻辑处理结果直观的体现在软件显示界面。DO-185A标准要求，实装设备上的“防撞软件”载入标准测试场景的输入数据，应能生成与标准输出一致的数据。目前标准提供的测试数据仅适用于“防撞软件”部分的验证，无防撞系统软件开展软件系统级测试的标准测试场景。然而，构建完备的软件系统级测试数据是非常困难的。主要原因在于防撞系统软件十分复杂，很难证明构建出来的测试数据是充分的，且无法给出测试用例的预期输出。

因此需要一种“防撞软件”标准测试场景在系统级测试中的设计方法，构造软件系统级测试环境，提供既满足软件系统级测试设备输入输出需求，又满足DO-185A标准要求的数据，以测试整个防撞系统软件的正确性，提升软件测试层次。

发明内容

鉴本发明的主要目的在于提供机载防撞系统防撞软件测试场景在系统测试中的设计方法，基于DO-185A标准对“防撞软件”的测试场景描述，构建软件系统级测试环境，构造测试输入数据，使得标准中的测试场景可在防撞系统软件的系统级进行测试，以验证机载防撞系统是否满足DO-185A标准，提升了软件测试层次。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明实施例提供的机载防撞系统防撞软件测试场景在系统测试中的设计方法，包括以下步骤：

步骤1、软件系统测试环境构建，具体作法如下：

获取防撞系统构成及运行方式，构建软件系统级测试环境；

步骤2、系统测试数据构造，具体步骤如下：

1）分解标准测试场景描述文件中输入数据，提取有效信息；

2）依据系统功能、内外部接口信息，将防撞软件输入信息由内部接口向外部接口进行迁移，使其满足软件系统测试输入需求；

3）构造S模式应答机DF报文信息，包括UF0应答信息；

4）构造地面站UF报文信息，包括UF16决断告警信息；

5）构造本机信息，包括无线电高度信息、气压高度信息和控制信息；

步骤3、软件系统级测试，具体作法如下：

将构造的测试数据施加在构建的软件系统测试环境之上，利用交通/决断显示器和告警扬声器输出交通决断告警结果，将该结果与仿真输出结果进行比对，验证标准测试场景在软件系统测试中是否可通过。

在一个实施例中，所述步骤1中，获取防撞系统构成及运行方式，构建软件系统级测试环境；包括：

通过分析防撞系统的外部交联环境、内部组成和其内外部接口信息，获取其构成和运行方式，其具体作法如下：

本机、入侵机装有机载防撞系统时，本机与入侵机通过射频信号进行信息交互，并且与地面站进行信息交互；所述机载防撞系统包括ACAS收发主机、S模式应答机、显示单元和控制单元；

其中，所述ACAS收发主机包括监视软件和防撞软件两部分：所述监视软件负责探测周围A/C模式与S模式飞机，并与周围的飞机进行通讯；所述防撞软件负责对预设范围内的飞机进行跟踪处理，确定是否存在相撞威胁，如果存在相撞威胁则提出相应的告警提示；其中，S模式应答机接收、发送本机与入侵机之间的射频信息交互。

在一个实施例中，所述步骤1中，软件系统测试环境构建，其具体作法如下：

经过分析系统构成、交联以及运行方式，搭建一套软件系统测试环境；软件系统测试环境需要模拟真实的入侵机信息、地面站信息以及本机信息；被测系统为一套完整的机载防撞系统，包括ACAS收发主机、S模拟应答机、控制盒、交通/决断显示器、扬声器、电源以及各设备中的软件；

开展系统级软件测试时，选取的测试设备分别为：

射频信号源设备，能够模拟与入侵机交互的射频信息，包括UF0、UF16报文和DF0、DF16报文；

地面站模拟设备，分别与本机和入侵机进行信息交互，包括UF4、UF5、UF20、UF21报文和DF4、DF5、DF20、DF21报文；

无线电高度表模拟设备，向ACAS收发主机发送无线电高度信息；

气压高度表模拟设备，向本机的S模式应答机发送气压高度；

射频信号源设备控制软件，用于入侵机运动轨迹进行编程控制，模拟具有运动轨迹变化和状态变化的入侵机的S模式应答机与被测系统进行信息交互。

在一个实施例中，所述步骤2的子步骤1）分解标准测试场景描述文件中输入数据，提取有效信息，分解用于TSIM软件加载测试用例的输入文件EN$$TS##.DAT，该输入文件描述测试用例描述场景，其输入数据为防撞软件接口需求的输入，分析其输入文件格式和内容，其具体作法如下：

软件系统测试环境搭建完成后，需要对场景进行分析；通过TSIM解析用例脚本数据，并动态展示每秒本机和入侵机飞行航迹，包括本机垂直速度、气压高度信息，以及入侵机的气压高度，并显示本机与入侵机的相对距离信息，经过TSIM仿真防撞算法输出结果通过数字显示，包括当前时间标下的语音告警信息、决断告警信息和建议爬升/下降信息内容；

按照测试用例输入文件EN$$TS##.DAT中关键字进行解析，提取有效信息具体如下：

测试用例输入文件EN$$TS##.DAT中定义了本机信息[Own AircraftInformation]和入侵机信息[Encounter 1]、[Encounter 2]……[Encounter n]，此处可描述多架入侵机信息；

本机信息包括本机基本信息和本机某一时刻T的状态；

其中本机基本信息包括最小高度[Min_Alt]、最大高度[Max_Alt]、空速[Air_Speed]、初始气压高度[Init_Alt]、初始垂直速度[Init_Alt_Rate] ；

某一时刻T至少包括T=1起始时刻状态和T=某一时刻测试结束，时间刻度为秒；在起始和结束时刻中，设置任意1秒本机的状态信息，包括垂直速度变化率[Alt_Accel]以及本机状态；

其中，本机状态信息包括本机S模式应答机工作模式[Mode_Selector]、无线电高度是否有效[Radio_Status]、是否禁止爬升[Config_Climb_Inhibit]、地面高度[Ground_Level]状态；

同理，入侵机信息描述也包括入侵机基本信息空速[Air_Speed]、初始气压高度[Init_Alt]、初始垂直速度[Init_Alt_Rate]、初始距离[Init_Range]、初始角度[Angle]和某一时刻T的状态信息；

入侵机状态信息还包括是否具备防撞系统[EQP]、灵敏度信息[Sensitivity_Level]、报告高度有效值[Alt_Reporting]、角度有效值[Bearing_OK]状态信息；

若入侵机装载防撞系统，则提取协同信息[Resolution Messages]。

在一个实施例中，所述步骤2中子步骤2）依据系统功能、内外部接口和数据流等信息，将防撞软件输入信息由内部接口向外部接口进行迁移，使其满足软件系统级测试接口输入需求，本步骤实质是将防撞软件输入数据向外扩展为系统级输入，按照功能、接口、数据流划分至系统外部的不同输入源，其中外部输入源包括射频信号源模拟设备、地面站模拟设备、无线电高度表模拟设备、气压高度表模拟设备以及控制盒；需要迁移到外部接口的数据分别为本机高度，本机状态，本机与入侵机相对距离、相对位置，入侵机高度，入侵机状态以及多机协同信息，具体作法如下：

21）本机高度信息通过气压高度表设定，输入数值设置依据为本机信息[OwnAircraft Information]中的初始气压高度[Init_Alt]、初始垂直速度[Init_Alt_Rate]和垂直速度变化率[Alt_Accel]；

22）本机状态信息中的S模式地址由S模式应答机设定，为实际值；其中，工作模式由控制盒设置控制命令，输入数值设置依据为S模式应答机工作模式[Mode_Selector]；无线电高度值及其有效性、地面高度和禁止状态信息由无线电高度表模拟设备给定，输入数值设置依据为无线电高度是否有效[Radio_Status]、是否禁止爬升[Config_Climb_Inhibit] 和地面高度[Ground_Level]；

23）本机与入侵机相对距离、位置以及是否有效信息通过本机跟踪算法对接收的DF0报文进行解析，由射频信号源模拟设备通过发送RF信号模拟距离和方位，输入数值设置依据为本机和入侵机的基本信息、某一时刻T的状态；

24）入侵机高度信息通过接收DF0报文直接获得，DF0通过射频信号源模拟设备设定，其数值依据初始气压高度[Init_Alt]、初始垂直速度[Init_Alt_Rate]和垂直速度变化率[Alt_Accel]进行计算。

25）入侵机状态信息通过接收DF0报文直接获得，DF0通过射频信号源模拟设备设定，其输入数据设置依据为入侵机的S模式应答机地址[Mode_S_ID]、是否具备防撞系统[EQP]、灵敏度信息[Sensitivity_Level] ；

26）多机协同信息通过地面站模拟设备设定，其数值设定依据为协同信息[Resolution Messages]。

在一个实施例中， 所述步骤2的子步骤3）构造S模式应答机DF报文信息，其中构造信息为UF0应答信息，TISM场景脚本中信息为不同飞机独立的飞行航迹信息，因此需要将航迹信息转化为本机与入侵机的相对航迹信息，其中状态信息包括本机无线电高度是否有效、入侵机报告高度是否有效、入侵机报告角度是否有效状态，具体作法如下：

S21：提取本机初始信息，包括初始气压高度、本机初始垂直速度、本机初始水平速度、无线电高度、无线电有效、S模式应答机工作模式；其他信息：地面高度信息；

S22：提取入侵机初始信息，包括初始高度、相对距离、入侵机垂直速度、入侵机初始水平速度、与相对方向角度、灵敏度信息、是否具备S模式应答机及S模式应答机工作状态信息；

S23：提取T=t1、t2…ti，ti≤结束时刻，包括本机和入侵机垂直速度、水平速度变化率，入侵机高度报告有效信息、角度有效信息；

S24：统一数据量纲、数据分辨率，计算得出每秒本机与入侵机的相对距离、角度、高度，计算范围从T=1到T=结束时刻；

每秒相对距离=初始距离+∑相对本机水平位置+∑相对本机垂直位置；

每秒相对高度=初始高度+∑入侵机速度变化率*Δt，Δt为1秒；

每秒相对角度=arccos（相对本机水平位置/相对距离），其中本机航向角为0°；

S25：相对位置信息按照D0001；EXXXX；FXXXX；GXXXX；D0002；EXXXX；FXXXX；GXXXX；……；DXXXX；EXXXX；FXXXX；GXXXX。

在一个实施例中，所述步骤2的子步骤3）构造S模式应答机DF报文信息，其中构造信息为UF0应答信息，其中对入侵机状态信息构造，具体作法如下：

S31：灵敏度水平SL、防撞能力RI通过M、N命令中8-10位为DF0中SL信息，13-16位为DF0中RI信息，29位为高度分辨率输出；

S32：将信息按照AQ应答数据、TRK应答数据格式要求设置，即MXXXXXXXX；NXXXXXXXX格式输出；

S33：S模式地址信息AA通过HXXXXXX格式输出。

在一个实施例中，所述步骤2中子步骤3）构造S模式应答机DF报文信息，其中构造信息为UF0应答信息，射频信号源模拟设备通过编写脚本方式模拟入侵机报文信息，具体方法如下：

S41：定义报文内容具体为RST表示脚本起始位置，CS1；CSDl；ACT；命令表示执行脚本；其中，对一架入侵机编写脚本为SDB开始到Z结束，具体信息主要包括飞机编号、模式（S模式、C模式、N无高度）、时间标、距离、角度、高度、S模式地址、方向询问。

S42：按照表1内容生成射频信号源模拟设备的报文脚本文件，按照编号格式G$$S##.dgc输出；

其中，报文脚本信息中具体含义如表1所示。

表1 报文脚本信息

其中飞机编号、模式（S模式、C模式、N无高度）、方向询问为每个场景固定值，因此仅计算测试用例集中对每秒的入侵机与本机的相对位置信息，完成模拟入侵机信息交互的运行脚本。

在一个实施例中，所述步骤2中子步骤3）构造信息为UF0应答信息，其中包括将标准中定义的所有场景进行测试输入数据构造的工作，即按顺序读取每个测试用例输入数据，直至所有测试用例测试输入数据构造结束，具体作法如下:

S51：遍历所有标准测试场景的输入数据，分别输出相应的脚本文件，其中命名规则G$$S##.dgc中$$表示组，##表示组内对应的编号，生成的测试输入文件需与标准输入数据对应；

S52：将生成的每秒相对位置信息与人工计算结果进行比对，验证结果一致，即满足测试数据输入准确性的要求。

在一个实施例中，所述步骤2的子步骤4）包括：通过地面站模拟设备数据按照UF16协议向本机防撞系统输入该射频信号。

在一个实施例中，所述步骤2的子步骤5）构造本机信息，包括无线电高度信息、气压高度信息和控制信息，其具体作法如下：

本机信息中无线电高度表、气压高度表等输入可以直接利用总线收发软件直接输入所需数据。

在一个实施例中，所述步骤3包括：

31）通过控制盒设置机载系统状态信息；通过模拟气压高度表、无线电高度表发送本机信息；通过地面站模拟与本机机载防撞系统进行收发报文信息；控制射频信号源模拟设备模拟入侵机的S模式应答机向本机收发报文信息；交通/决断显示器和扬声器输出交通和决断告警信息；

32）将输出的交通/决断显示器的告警信息、音频告警信息以及报文信息与TSIM标准输出进行比对，验证机载防撞系统仿真程序中场景在系统测试中是否与标准输出一致；按照测试场景对不同输入源进行协同输入，在系统级覆盖DO-185A标准中的标准测试场景集。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明分析了防撞系统构成、防撞软件运行方式及DO-185A标准对防撞软件的测试场景描述，发明了机载防撞系统防撞软件测试场景在系统测试中的设计方法，构建软件系统级测试环境，构造测试输入数据，使得标准中的测试场景可在防撞系统软件的系统级进行测试，提升了软件测试层次。本测试方法构造的测试环境为实时,闭环,非侵入式的系统级软件测试方法，解决了使用标准测试场景仅可验证“防撞软件”的正确性，而无法验证①防撞主机中的“监视软件”相关功能的正确性；②“监视软件”和“防撞软件”之间协同功能的正确性；③防撞主机与交通/决断显示器、④防撞主机与S模式应答机、⑤机载防撞系统与入侵机，以及⑥机载防撞系统与地面站之间通讯和协同功能的正确性等问题。

附图说明

图1为防撞系统防撞软件的工作示意图。

图2为防撞系统软件系统级测试环境图。

图3为TSIM仿真运行图-Side_View。

图4为TSIM仿真运行图-Top_View。

图5为TSIM测试用例输入文件。

图6为构造的射频信号源设备输入数据。

具体实施方式

下面为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的一种机载防撞系统防撞软件测试场景在系统级测试中的设计方法，基于DO-185A标准对防撞软件的测试场景描述，构建软件系统级测试环境，构造测试输入数据，使得标准中的测试场景可在防撞系统软件的系统级进行测试，以验证机载防撞系统是否满足DO-185A标准，提升了软件测试层次。

该设计方法包括以下步骤：

步骤1、软件系统测试环境构建，具体作法如下：

获取防撞系统构成及运行方式，构建软件系统级测试环境；

步骤2、系统测试数据构造，具体步骤如下：

1）分解标准测试场景描述文件中输入数据，提取有效信息；

2）依据系统功能、内外部接口信息，将防撞软件输入信息由内部接口向外部接口进行迁移，使其满足软件系统测试输入需求；

3）构造S模式应答机DF报文信息，包括UF0应答信息；

4）构造地面站UF报文信息，包括UF16决断告警信息；

5）构造本机信息，包括无线电高度信息、气压高度信息和控制信息；

步骤3、软件系统级测试，具体作法如下：

将构造的测试数据施加在构建的软件系统测试环境之上，利用交通/决断显示器和告警扬声器输出交通决断告警结果，将该结果与仿真输出结果进行比对，验证标准测试场景在软件系统测试中是否可通过。

下面分别对上述各个步骤进行详细的说明：

1.上述步骤1：

按照步骤1获取防撞系统构成及运行方式，构建软件系统级测试环境。

如图1所示，获取防撞系统构成及防撞软件运行方式。

本机、入侵机装有机载防撞系统时，本机与入侵机通过射频信号进行信息交互，并且与地面站进行信息交互。机载防撞系统包括ACAS收发主机、S模式应答机、显示单元和控制单元。其中，ACAS收发主机主要包括“监视软件”和“防撞软件”两部分：“监视软件”负责探测周围A/C模式与S模式飞机，并与周围的飞机进行通讯；“防撞软件”负责对一定范围内的飞机进行跟踪处理，确定是否存在相撞威胁，如果存在相撞威胁则提出相应的告警提示。其中，S模式应答机接收和发送本机和入侵机之间的射频信息交互。

如图2所示，构建软件系统级测试环境。

经过分析系统构成、交联以及运行方式，搭建一套软件系统测试环境。软件系统测试环境需要模拟真实的入侵机信息、地面站信息以及本机信息。被测系统为一套完整的机载防撞系统，包括ACAS收发主机、S模拟应答机、控制盒、交通/决断显示器、扬声器、电源以及各设备中的软件。

开展系统级软件测试时，选取的测试设备分别为：射频信号源设备，能够模拟与入侵机交互的射频信息，包括UF0、UF16报文和DF0、DF16报文。地面站模拟设备，分别与本机和入侵机进行信息交互，包括UF4、UF5、UF20、UF21报文和DF4、DF5、DF20、DF21报文。无线电高度表，模拟设备向机载ACAS收发主机发送无线电高度信息，气压高度表模拟设备向本机S模式应答机发送气压高度。射频信号源设备控制软件，用于入侵机运动轨迹进行编程控制，模拟具有运动轨迹变化和状态变化的入侵机的S模式应答机与被测系统进行信息交互。

2. 上述步骤2中：

依据图3和图4所示TSIM仿真运行图场景，结合图5 TSIM测试用例输入文件信息，按照步骤2所述“系统测试数据构造”的“1）分解标准测试场景描述文件中输入数据，提取有效信息”，主要分解用于TSIM软件加载测试用例的输入文件EN$$TS##.DAT，该输入文件描述测试用例描述场景，其输入数据为“防撞软件”接口需求的输入，分析其输入文件格式和内容。

按照测试用例输入文件EN$$TS##.DAT中关键字进行解析,分解场景描述，并按照以下场景设置测试输入：

本机配置信息：Config_Climb_Inhibit = TRUE；

本机信息：无线电无效，无线电3000，地面高度：-10000，气压高度10375，手动灵敏度：TA/RA；

入侵机1信息：无TCAS能力，灵敏度0，初始高度10100，初始距离7 ，角度0，S模式地址高于本机：可设置为0xCCCCCC，分辨率变为100ft；

入侵机2信息：无TCAS能力，灵敏度0，初始高度9800，初始距离7.501，角度0，S模式地址低于本机：可设置为0x000001，分辨率变为100ft。

其中入侵机1以320英尺/秒的速度匀速接近本机，入侵机2以300英尺/秒速度接近本机，并分别在28秒、30秒、31秒、32秒改变垂直速度。

将解析后的场景，按照“系统测试数据构造”的子步骤2）“依据系统功能、内外部接口和数据流等信息，将“防撞软件”输入信息由内部接口向外部接口进行迁移，使其满足软件系统级测试接口输入需求，本步骤实质是将“防撞软件”输入数据向外扩展为系统级输入，按照功能、接口、数据流划分至系统外部的不同输入源，其中外部输入源包括射频信号源模拟设备、地面站模拟设备、无线电高度表模拟设备、气压高度表模拟设备以及控制盒等。需要迁移到外部接口的数据分别为本机高度，本机状态，本机与入侵机相对距离、相对位置，入侵机高度，入侵机状态以及多机协同信息等，具体作法如下：

21）本机高度信息通过气压高度表设定，输入数值设置依据为本机信息[OwnAircraft Information]中的初始气压高度[Init_Alt]、初始垂直速度[Init_Alt_Rate]和垂直速度变化率[Alt_Accel]。

22）本机状态信息中的S模式地址由S模式应答机设定，为实际值；其中，工作模式由控制盒设置控制命令，输入数值设置依据为S模式应答机工作模式[Mode_Selector]；无线电高度值及其有效性、地面高度和禁止状态等信息由无线电高度表模拟设备给定，输入数值设置依据为无线电高度是否有效[Radio_Status]、是否禁止爬升[Config_Climb_Inhibit]、地面高度[Ground_Level]等。

23）本机与入侵机相对距离、位置以及是否有效等信息通过本机跟踪算法对接收的DF0报文进行解析，由射频信号源模拟设备通过发送RF信号模拟距离和方位，输入数值设置依据为本机和入侵机基本信息和某一时刻T的状态。

24）入侵机高度信息通过接收DF0报文直接获得，DF0通过射频信号源模拟设备设定，其数值依据初始气压高度[Init_Alt]、初始垂直速度[Init_Alt_Rate]和垂直速度变化率[Alt_Accel]进行计算。

25）入侵机状态信息通过接收DF0报文直接获得，DF0通过射频信号源模拟设备设定，其输入数据设置依据为入侵机的S模式应答机地址[Mode_S_ID]、是否具备防撞系统[EQP]、灵敏度信息[Sensitivity_Level]。

26）多机协同信息通过地面站模拟设备设定，其数值设定依据为协同信息[Resolution Messages]。

如图6所示为构造的射频信号源设备输入数据，其按照步骤2 中子步骤3）构造S模式应答机DF报文信息，其中主要构造信息为UF0应答信息，TISM场景脚本中信息为不同飞机独立的飞行航迹信息，因此需要将航迹信息转化为本机与入侵机的相对航迹信息，其中状态信息包括本机无线电高度是否有效、入侵机报告高度是否有效、入侵机报告角度是否有效等状态。具体作法如下：

S21：提取本机初始信息，包括初始气压高度、本机初始垂直速度、本机初始水平速度、无线电高度、无线电有效、S模式应答机工作模式；其他信息：地面高度等信息；

S22：提取入侵机初始信息，包括初始高度、相对距离、入侵机垂直速度、入侵机初始水平速度、与相对方向角度、灵敏度信息、是否具备S模式应答机及S模式应答机工作状态等信息；

S23：提取T=t1、t2…ti，ti≤结束时刻，包括本机和入侵机垂直速度、水平速度变化率，入侵机高度报告有效信息、角度有效信息；

S24：统一数据量纲、数据分辨率，计算得出每秒本机与入侵机的相对距离、角度、高度，计算范围从T=1到T=结束时刻；

每秒相对距离=初始距离+∑相对本机水平位置+∑相对本机垂直位置；

每秒相对高度=初始高度+∑入侵机速度变化率*Δt；

每秒相对角度=arccos（相对本机水平位置/相对距离），其中本机航向角为0°；

S25：相对位置信息按照D0001；EXXXX；FXXXX；GXXXX；D0002；EXXXX；FXXXX；GXXXX；……；DXXXX；EXXXX；FXXXX；GXXXX，例如入侵机１为D0000;E1B58;F0000;G03F2;表示第0秒时刻，距离7000ft，角度0°，高度10100ft。

按照步骤2中子步骤3）构造S模式应答机DF报文信息，其中主要构造信息为UF0应答信息，其中对入侵机状态信息构造，具体作法如下：

S31：灵敏度水平SL、防撞能力RI通过M、N命令中8-10位为DF0中SL信息，13-16位为DF0中RI信息，29位为高度分辨率输出；

S32：将信息按照AQ应答数据、TRK应答数据格式要求设置，即MXXXXXXXX；NXXXXXXXX格式输出，其中入侵机1和入侵机２为M00000068A，N00000068A。

S33：S模式地址信息AA通过HXXXXXX格式输出，其中入侵机1为HCCCCCCC，入侵机2为H000001。

其中步骤2中子步骤3）构造S模式应答机DF报文信息，其中主要构造信息为UF0应答信息，射频信号源模拟设备可以通过编写脚本方式模拟入侵机报文信息，具体方法如下：

S41：定义报文内容具体为RST表示脚本起始位置，CS1；CSDl；ACT；命令表示执行脚本。其中，对一架入侵机编写脚本为SDB开始到Z结束，具体信息主要包括飞机编号、模式（S模式、C模式、N无高度）、时间标、距离、角度、高度、S模式地址、方向询问。

S42：按照表1内容生成射频信号源模拟设备的报文脚本文件，按照编号格式G$$S##.dgc输出，本例为G06S10.dgc。

其中，报文脚本信息中具体含义如表1所示。

表1 报文脚本信息

其中飞机编号、模式（S模式、C模式、N无高度）、方向询问为每个场景固定值，因此仅计算测试用例集中对每秒的入侵机与本机的相对位置信息，完成模拟入侵机信息交互的运行脚本。

按照步骤2中子步骤3）构造信息为UF0应答信息，其中包括将标准中定义的所有场景进行测试输入数据构造的工作，即按顺序读取每个测试用例输入数据，直至所有测试用例测试输入数据构造结束，具体作法如下:

S51：遍历所有标准测试场景的输入数据，分别输出相应的脚本文件，其中命名规则G$$S##.dgc中$$表示组，##表示组内对应的编号，生成的测试输入文件需与标准输入数据对应；

S52：将生成的每秒相对位置信息与人工计算结果进行比对，验证结果一致，即满足测试数据输入准确性的要求。

按照步骤2子步骤4）构造地面站UF报文信息，其中主要构造信息为UF16决断告警信息，即通过地面站模拟设备数据按照UF16协议向本机防撞系统输入该射频信号。

按照步骤2子步骤5）构造本机信息，包括无线电高度信息、气压高度信息和控制信息，其具体作法如下：

本机信息中无线电高度表、气压高度表等输入可以直接利用总线收发软件直接输入所需数据。

3. 按照步骤3的“软件系统级测试”，即：

31）通过控制盒设置机载系统状态信息；通过模拟气压高度表、无线电高度表发送本机信息；通过地面站模拟与本机机载防撞系统进行收发报文信息；控制射频信号源模拟设备模拟入侵机的S模式应答机向本机收发报文信息；交通/决断显示器和扬声器输出交通和决断告警信息；

32）将输出的交通/决断显示器的告警信息、音频告警信息以及报文信息与TSIM标准输出进行比对，验证机载防撞系统仿真程序中场景在系统测试中是否与标准输出一致。按照测试场景对不同输入源进行协同输入，在软件系统级测试覆盖DO-185A标准中的标准测试场景集。

上述场景构建的测试用例和记录详见下表。

表2 测试用例和记录表

测试结果与预期输出一致，且验证了标准用例所对应的算法实现满足标准要求。

本发明实施例提供的机载防撞系统防撞软件测试场景的设计方法，属于机载防撞系统软件测试领域。该方法基于DO-185A标准对“防撞软件”的测试场景描述，构建软件系统级测试环境，构造测试输入数据，使得标准中的测试场景可在防撞系统软件的系统级进行测试，提升了软件测试层次。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.机载防撞系统防撞软件测试场景在系统测试中的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、软件系统测试环境构建，具体作法如下：

获取防撞系统构成及运行方式，构建软件系统级测试环境；

步骤2、系统测试数据构造，具体步骤如下：

1）分解标准测试场景描述文件中输入数据，提取有效信息；所述步骤2的子步骤1）包括：

分解用于TSIM软件加载测试用例的输入文件，该输入文件描述测试用例描述场景，其输入数据为防撞软件接口需求的输入；分析其输入文件格式和内容，其具体作法如下：

软件系统测试环境搭建完成后，需要对场景进行分析；通过TSIM解析用例脚本数据，并动态展示每秒本机和入侵机飞行航迹，包括本机垂直速度、气压高度信息，以及入侵机的气压高度，并显示本机与入侵机的相对距离信息，经过TSIM仿真防撞算法输出结果通过数字显示，包括当前时间标下的语音告警信息、决断告警信息和建议爬升/下降信息内容；

按照测试用例输入文件中关键字进行解析，提取有效信息具体如下：

测试用例输入文件中定义了本机信息和至少一个入侵机信息；

2）依据系统功能、内外部接口信息，将防撞软件输入信息由内部接口向外部接口进行迁移，使其满足软件系统测试输入需求；其中，将防撞软件输入信息由内部接口向外部接口进行迁移，包括：将防撞软件输入数据向外扩展为系统级输入，按照功能、接口、数据流划分至系统外部的不同输入源，其中外部输入源包括射频信号源模拟设备、地面站模拟设备、无线电高度表模拟设备、气压高度表模拟设备以及控制盒；需要迁移到外部接口的数据分别为本机高度，本机状态，本机与入侵机相对距离、相对位置，入侵机高度，入侵机状态以及多机协同信息；

3）构造S模式应答机DF报文信息，包括UF0应答信息；

4）构造地面站UF报文信息，包括UF16决断告警信息；

5）构造本机信息，包括无线电高度信息、气压高度信息和控制信息；

步骤3、软件系统级测试，具体作法如下：

将构造的测试数据施加在构建的软件系统测试环境之上，利用交通/决断显示器和告警扬声器输出交通决断告警结果，将该结果与仿真输出结果进行比对，验证标准测试场景在软件系统测试中是否可通过。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，获取防撞系统构成及运行方式，构建软件系统级测试环境；包括：

通过分析防撞系统的外部交联环境、内部组成和其内外部接口信息，获取其构成和运行方式，其具体作法如下：

本机、入侵机装有机载防撞系统时，本机与入侵机通过射频信号进行信息交互，并且与地面站进行信息交互；所述机载防撞系统包括ACAS收发主机、S模式应答机、显示单元和控制单元；

其中，所述ACAS收发主机包括监视软件和防撞软件两部分：所述监视软件负责探测周围A/C模式与S模式飞机，并与周围的飞机进行通讯；所述防撞软件负责对预设范围内的飞机进行跟踪处理，确定是否存在相撞威胁，如果存在相撞威胁则提出相应的告警提示；其中，S模式应答机接收、发送本机与入侵机之间的射频信息交互。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，软件系统测试环境构建，其具体作法如下：

经过分析系统构成、交联以及运行方式，搭建一套软件系统测试环境；软件系统测试环境需要模拟真实的入侵机信息、地面站信息以及本机信息；被测系统为一套完整的机载防撞系统，包括ACAS收发主机、S模拟应答机、控制盒、交通/决断显示器、扬声器、电源以及各设备中的软件；

开展软件系统级测试时，选取的测试设备分别为：

射频信号源设备，能够模拟与入侵机交互的射频信息，包括UF0、UF16报文和DF0、DF16报文；

地面站模拟设备，分别与本机和入侵机进行信息交互，包括UF4、UF5、UF20、UF21报文和DF4、DF5、DF20、DF21报文；

无线电高度表模拟设备，向ACAS收发主机发送无线电高度信息；

气压高度表模拟设备，向本机的S模式应答机发送气压高度；

射频信号源设备控制软件，用于入侵机运动轨迹进行编程控制，模拟具有运动轨迹变化和状态变化的入侵机的S模式应答机与被测系统进行信息交互。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中子步骤2）具体作法如下：

21）本机高度信息通过气压高度表设定，输入数值设置依据为本机信息中的初始气压高度、初始垂直速度和垂直速度变化率；

22）本机状态信息中的S模式地址由S模式应答机设定，为实际值；其中，工作模式由控制盒设置控制命令，输入数值设置依据为S模式应答机工作模式；无线电高度值及其有效性、地面高度和禁止状态信息由无线电高度表模拟设备给定，输入数值设置依据为无线电高度是否有效、是否禁止爬升和地面高度；

23）本机与入侵机相对距离、位置以及是否有效信息通过本机跟踪算法对接收的DF0报文进行解析，由射频信号源模拟设备通过发送RF信号模拟距离和方位，输入数值设置依据为本机和入侵机的基本信息、某一时刻T的状态；

24）入侵机高度信息通过接收DF0报文直接获得，DF0通过射频信号源模拟设备设定，其数值依据初始气压高度、初始垂直速度和垂直速度变化率进行计算；

25）入侵机状态信息通过接收DF0报文直接获得，DF0通过射频信号源模拟设备设定，其输入数据设置依据为入侵机的S模式应答机地址、是否具备防撞系统和灵敏度信息；

26）多机协同信息通过地面站模拟设备设定，其数值设定依据为协同信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤2的子步骤3）中，TISM场景脚本中信息为不同飞机独立的飞行航迹信息，需要将航迹信息转化为本机与入侵机的相对航迹信息，其中状态信息包括本机无线电高度是否有效、入侵机报告高度是否有效、入侵机报告角度是否有效状态，具体作法如下：

S21：提取本机初始信息，包括初始气压高度、本机初始垂直速度、本机初始水平速度、无线电高度、无线电有效、S模式应答机工作模式和地面高度信息；

S22：提取入侵机初始信息，包括初始高度、相对距离、入侵机垂直速度、入侵机初始水平速度、与相对方向角度、灵敏度信息、是否具备S模式应答机及S模式应答机工作状态信息；

S23：提取T=t1、t2…ti，ti≤结束时刻，包括本机和入侵机垂直速度、水平速度变化率，入侵机高度报告有效信息、角度有效信息；

S24：统一数据量纲、数据分辨率，计算得出每秒本机与入侵机的相对距离、角度、高度，计算范围从T=1到T=结束时刻；

S25：相对位置信息按照D0001；EXXXX；FXXXX；GXXXX；D0002；EXXXX；FXXXX；GXXXX；……；DXXXX；EXXXX；FXXXX；GXXXX。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2的子步骤3）中，对入侵机状态信息构造，具体作法如下：

S31：灵敏度水平SL、防撞能力RI通过M、N命令中8-10位为DF0中SL信息，13-16位为DF0中RI信息，29位为高度分辨率输出；

S32：将信息按照AQ应答数据、TRK应答数据格式要求设置，即MXXXXXXXX；NXXXXXXXX格式输出；

S33：S模式地址信息AA通过HXXXXXX格式输出。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2中子步骤3）中，射频信号源模拟设备通过编写脚本方式模拟入侵机报文信息，具体方法如下：

S41：定义报文内容具体为RST表示脚本起始位置，CS1；CSDl；ACT；命令表示执行脚本；其中，对一架入侵机编写脚本为SDB开始到Z结束；

S42：按照预设表格内容生成射频信号源模拟设备的报文脚本文件，按照编号格式输出；仅计算测试用例集中对每秒的入侵机与本机的相对位置信息，完成模拟入侵机信息交互的运行脚本。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤2中子步骤3）构造信息为UF0应答信息，其中包括将标准中定义的所有场景进行测试输入数据构造的工作，即按顺序读取每个测试用例输入数据，直至所有测试用例测试输入数据构造结束，具体作法如下:

S51：遍历所有标准测试场景的输入数据，分别输出相应的脚本文件，其中命名规则G$$S##.dgc中$$表示组，##表示组内对应的编号，生成的测试输入文件需与标准输入数据对应；

S52：将生成的每秒相对位置信息与人工计算结果进行比对，验证结果一致，即满足测试数据输入准确性的要求。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

31）通过控制盒设置机载系统状态信息；通过模拟气压高度表、无线电高度表发送本机信息；通过地面站模拟与本机机载防撞系统进行收发报文信息；控制射频信号源模拟设备模拟入侵机的S模式应答机向本机收发报文信息；交通/决断显示器和扬声器输出交通和决断告警信息；

32）将输出的交通/决断显示器的告警信息、音频告警信息以及报文信息与TSIM标准输出进行比对，验证机载防撞系统仿真程序中场景在系统测试中是否与标准输出一致；按照测试场景对不同输入源进行协同输入，在系统级覆盖DO-185A标准中的标准测试场景集。

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