一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法

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一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法
申请号	CN202210228853.5	申请日	2022-03-10	公开(公告)号	CN114330036A	公开(公告)日	2022-04-12
申请人	北京航空航天大学;			发明人	路云峰; 刘斌; 陈国艳; 王世海; 余正伟;
摘要	本发明公开了一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法；获取防撞软件的外部交联接口和内部交联接口，以及内外部接口分别对应的数据协议信息；基于外部交联接口以及其对应的数据协议信息，对外部交联设备进行仿真建模，获得仿真设备；基于内部交联接口以及其对应的数据协议信息，对与防撞软件通信连接的监视模块进行仿真建模，获得监视仿真软件；使仿真设备实现以规定的场景要求向防撞软件发送数据；并实现仿真设备、防撞软件与监视仿真软件数据交互；对防撞软件进行测试，验证防撞软件的正确性。通过该方法能够确保及时发现防撞软件在真实硬件环境中运行产生的问题，同时解决防撞软件测试环境中满足场景要求的输入数据模型构造问题。
权利要求	1.一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，其特征在于，包括：S1、获取防撞软件的外部交联接口和内部交联接口，以及所述外部交联接口和内部交联接口分别对应的数据协议信息； S2、基于所述外部交联接口，以及所述外部交联接口对应的数据协议信息，对外部交联设备进行仿真建模，获得仿真设备； S3、基于所述内部交联接口，以及所述内部交联接口对应的数据协议信息，对与所述防撞软件通信连接的监视模块进行仿真建模，获得监视仿真软件； S4、使所述仿真设备实现以规定的场景要求向所述防撞软件发送数据；并实现所述仿真设备、所述监视仿真软件与所述防撞软件间的数据交互； S5、基于S4，对所述防撞软件进行测试，验证所述防撞软件的正确性。 2.如权利要求1所述的一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，其特征在于，所述S1中，所述外部交联接口包括：S模式应答机接口、交通/决断显示器接口、无线电高度表接口、机上设备接口，以及地面站接口。 3.如权利要求2所述的一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，其特征在于，所述S1中，所述外部交联接口对应的数据协议信息包括：所述S模式应答机接口数据协议信息包括：本机S模式地址、本机气压高度值、目标机协同告警信息，以及对控制盒的控制信息；所述交通/决断显示器接口数据协议信息包括：交通告警信息、决断告警信息、目标机位置信息、本机灵敏度信息，以及本机垂直速度；所述无线电高度表接口数据协议信息包括：本机无线电高度；所述机上设备接口数据协议信息包括：飞机状态信息；所述地面站接口数据协议信息包括：本机灵敏度信息，以及决断告警信息。 4.如权利要求2所述的一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，其特征在于，所述S2具体包括： S21、获取所述外部交联设备的接口仿真卡，并按照所述外部交联设备的接口特性，将所述接口仿真卡对应安装在所述外部交联接口处；所述外部交联设备包括S模式应答机、交通/决断显示器、无线电高度表、机上设备和地面站； S22、根据所述外部交联接口对应的数据协议信息，设置接口变量、数据传输速率和信息发送触发条件； S23、基于所述接口变量、数据传输速率和信息发送触发条件，生成仿真设备。 5.如权利要求1所述的一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，其特征在于，所述S3具体包括：完成所述监视模块与防撞软件之间的通信功能；完成目标机数据仿真建模。 6.如权利要求5所述的一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，其特征在于，所述完成所述监视模块与防撞软件之间的通信功能，具体包括：将所述监视模块与防撞软件通过内部交联接口通信连接，实现收发时序；将防撞软件数据按照所述内部交联接口对应的数据协议信息，发送至所述防撞软件；所述防撞软件对所述防撞软件数据进行计算处理后，将处理结果数据发送至所述监视模块。 7.如权利要求5所述的一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，其特征在于，所述完成目标机数据仿真建模，具体包括：基于所述监视模块对目标机跟踪的航迹信息，构造目标机数据；通过所述监视仿真软件将所述目标机数据发送至所述防撞软件。 8.如权利要求1所述的一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，其特征在于，所述S4中，使所述仿真设备实现按照场景要求向所述防撞软件发送数据，具体包括：控制所述外部交联接口发送数据的时序，在预设时间内将无线电高度、气压高度发送至所述防撞软件。 9.如权利要求1所述的一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，其特征在于，所述S4中，实现所述仿真设备、防撞软件与监视仿真软件数据交互，具体包括：所述仿真设备将S模式地址发送至所述监视仿真软件；所述监视仿真软件在接收到首个大于1的S模式地址时，将时间戳设为1，并在下一周期时，将当前周期的数据发送至所述仿真设备。 10.如权利要求1所述的一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，其特征在于，所述S5具体包括： S51、根据预设周期，通过所述仿真设备和监视仿真软件，将测试数据按场景设置要求发送至所述防撞软件中； S52、通过所述仿真设备收集所述防撞软件的输出数据； S53、将所述输出数据与预设标准数据进行对比，从而验证所述防撞软件的正确性。
说明书全文	一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法技术领域 [0001] 本发明属于机载防撞系统测试验证技术领域，特别是一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法。背景技术 [0002] 飞机装备的机载防撞系统（简称防撞系统）是安装于中、大型飞机的一组计算机系统，用以避免飞机在空中互相冲撞。实践证明，防撞系统确实是一种防止和避免空中相撞的有效设备。飞行员在空中飞行时，可方便的使用防撞系统发现附近的飞机，主动避免可能出现的危险。防撞系统使用越来越广泛，而且涉及飞行安全，因此对防撞系统软件进行充分测试以保证软件的正确性非常重要。 [0003] 目前广泛使用的防撞系统，其防止碰撞的核心算法均遵循了美国RTCA发布的DO‑185A标准或其后续版本，DO‑185A提供了防撞软件的伪代码及标准的测试用例集,DO‑185A 的测试用例集包含了305个防撞软件测试用例。DO‑185A后续的版本，同样提供了标准的测试用例集。防撞系统必须通过标准测试用例集的测试验证，才被认定为符合DO‑185A标准。 [0004] 对防撞系统的防撞软件进行测试，目前有两类测试环境：一是防撞软件运行在软件环境下，验证软件在给定输入情况下其输出是否正确；二是利用系统测试设备，对包含防撞软件在内的整个系统进行测试。商用的防撞系统测试设备主要包括RGS2000、IFR600、 SDX2000、ATC‑1400A、S‑1403DL/MLD等。第一种测试环境下无法发现防撞软件在真实的硬件环境中运行产生的问题，第二种环境下可以测试机载防撞系统是否可以完成正常的飞机跟踪、报警等功能，但是由于输入数据经过硬件的传输与应答机、监视模块的处理，无法保证外部系统输入的大气高度、无线电高度、目标机等数据内容和时序关系按照场景要求输入，因此无法考核报警类型的正确性与报警时间的准确性。 [0005] 因此，如何对机载防撞系统中的防撞软件进行有效测试，确保能够及时发现防撞软件在真实硬件环境中运行产生的问题，同时解决防撞软件测试环境中满足场景要求的输入数据模型构造问题，成为当前研究的关键问题。 [0006] 发明内容 [0007] 鉴于上述问题，本发明提供一种至少解决上述部分技术问题的机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，通过该方法可以实现对机载防撞系统中的防撞软件进行有效测试，确保能够及时发现防撞软件在真实硬件环境中运行产生的问题，同时解决防撞软件测试环境中满足场景要求的输入数据模型构造问题。 [0008] 本发明实施例提供了一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，包括：S1、获取防撞软件的外部交联接口和内部交联接口，以及所述外部交联接口和内部交联接口分别对应的数据协议信息； S2、基于所述外部交联接口，以及所述外部交联接口对应的数据协议信息，对外部交联设备进行仿真建模，获得仿真设备； S3、基于所述内部交联接口，以及所述内部交联接口对应的数据协议信息，对与所述防撞软件通信连接的监视模块进行仿真建模，获得监视仿真软件； S4、使所述仿真设备实现以规定的场景要求向所述防撞软件发送数据；并实现所述仿真设备、所述防撞软件与所述监视仿真软件数据交互； S5、基于S4，对所述防撞软件进行测试，验证所述防撞软件的正确性。 [0009] 进一步地，所述S1中，所述外部交联接口包括：S模式应答机接口、交通/决断显示器接口、无线电高度表接口、机上设备接口，以及地面站接口。 [0010] 进一步地，所述S1中，所述外部交联接口对应的数据协议信息包括：所述S模式应答机接口数据协议信息包括：本机S模式地址、本机气压高度值、目标机协同告警信息，以及对控制盒的控制信息；所述交通/决断显示器接口数据协议信息包括：交通告警信息、决断告警信息、目标机位置信息、本机灵敏度信息，以及本机垂直速度；所述无线电高度表接口数据协议信息包括：本机无线电高度；所述机上设备接口数据协议信息包括：飞机状态信息；所述地面站接口数据协议信息包括：本机灵敏度信息，以及决断告警信息。 [0011] 进一步地，所述S2具体包括：S21、获取所述外部交联设备的接口仿真卡，并按照所述外部交联设备的接口特性，将所述接口仿真卡对应安装在所述外部交联接口处；所述外部交联设备包括S模式应答机、交通/决断显示器、无线电高度表、机上设备和地面站； S22、根据所述外部交联接口对应的数据协议信息，设置接口变量、数据传输速率和信息发送触发条件； S23、基于所述接口变量、数据传输速率和信息发送触发条件，生成仿真设备。 [0012] 进一步地，所述S3具体包括：完成所述监视模块与防撞软件之间的通信功能；完成目标机数据仿真建模。 [0013] 进一步地，所述完成所述监视模块与防撞软件之间的通信功能，具体包括：将所述监视模块与防撞软件通过内部交联接口通信连接，实现收发时序；将防撞软件数据按照所述内部交联接口对应的数据协议信息，发送至所述防撞软件；所述防撞软件对所述防撞软件数据进行计算处理后，将处理结果数据发送至所述监视模块。 [0014] 进一步地，所述完成目标机数据仿真建模，具体包括：基于所述监视模块对目标机跟踪的航迹信息，构造目标机数据；通过所述监视仿真软件将所述目标机数据发送至所述防撞软件。 [0015] 进一步地，所述S4中，使所述仿真设备实现以规定的场景要求向所述防撞软件发送数据，具体包括：控制所述外部交联接口发送数据的时序，在预设时间内将无线电高度、气压高度发送至所述防撞软件。 [0016] 进一步地，所述S4中，实现所述仿真设备、所述防撞软件与所述监视仿真软件数据交互；所述仿真设备将S模式地址发送至所述监视仿真软件；所述监视仿真软件在接收到首个大于1的S模式地址时，将时间戳设为1，并在下一周期时，将当前周期的数据发送至所述仿真设备。 [0017] 进一步地，所述S5具体包括：S51、根据预设周期，通过所述仿真设备和监视仿真软件，将测试数据按场景设置要求发送至所述防撞软件中； S52、通过所述仿真设备收集所述防撞软件的输出数据； S53、将所述输出数据与预设标准数据进行对比，从而验证所述防撞软件的正确性。 [0018] 与现有技术相比，本发明实施例提供的一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，将机载防撞系统防撞软件在真实的硬件环境上运行，通过该方法可以实现对机载防撞系统中的防撞软件进行有效测试，确保能够及时发现防撞软件在真实硬件环境中运行产生的问题，同时解决防撞软件测试环境中满足场景要求的输入数据模型构造问题；并且通过该方法，可使用标准测试用例集或自行编写的测试用例测试防撞软件的正确性。 [0019] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 [0020] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 [0021] 附图说明 [0022] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例提供的机载防撞系统防撞软件仿真测试方法流程图。 [0023] 图2为本发明实施例提供的外部交联接口和内部交联接口示意图。 [0024] 图3为本发明实施例提供的基于仿真设备和监视仿真软件的防撞软件仿真测试环境示意图。 [0025] 图4为本发明实施例提供的仿真设备、防撞软件与监视仿真软件数据交互示意图。具体实施方式 [0026] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。 [0027] 参见图1所示，本发明实施例提供了一种机载防撞系统防撞软件仿真测试方法，具体包括如下步骤： S1、获取防撞软件的外部交联接口和内部交联接口，以及所述外部交联接口和内部交联接口分别对应的数据协议信息； S2、基于所述外部交联接口，以及所述外部交联接口对应的数据协议信息，对外部交联设备进行仿真建模，获得仿真设备； S3、基于所述内部交联接口，以及所述内部交联接口对应的数据协议信息，对与所述防撞软件通信连接的监视模块进行仿真建模，获得监视仿真软件； S4、使所述仿真设备实现以规定的场景要求向所述防撞软件发送数据；并实现所述仿真设备、所述防撞软件与所述监视仿真软件数据交互； S5、基于S4，对所述防撞软件进行测试，验证所述防撞软件的正确性。 [0028] 下面分别对上述各个步骤进行详细的说明。 [0029] 在上述步骤S1中，本发明实施例中，主要对机载防撞系统中的防撞软件进行测试；参见图2所示，机载防撞系统的核心设备为防撞主机，该防撞主机包括防撞软件和监视模块；防撞软件和监视模块通过内部交联接口通信连接；其中内部交联接口为DPRAM接口。 [0030] 外部交联接口包括：S模式应答机接口、交通/决断显示器接口、无线电高度表接口、机上设备接口，以及地面站接口。其中，S模式应答机接口、交通/决断显示器接口和无线电高度表接口均为HB6096接口；机上设备接口为离散量接口；地面站接口为射频接口。 [0031] 外部交联接口对应的数据协议信息具体如下：S模式应答机接口数据协议信息包括：本机S模式地址、本机气压高度值、目标机协同告警信息，以及对控制盒的控制信息；交通/决断显示器接口数据协议信息包括：交通告警信息、决断告警信息、目标机位置信息、本机灵敏度信息，以及本机垂直速度等；无线电高度表接口数据协议信息包括：本机无线电高度；机上设备接口数据协议信息包括：飞机状态信息等；地面站接口数据协议信息包括：本机灵敏度信息，以及决断告警信息等。 [0032] 在上述步骤S2中，主要对外部交联设备进行仿真建模，即对S模式应答机、交通/决断显示器、无线电高度表、机上设备和地面站进行仿真建模。如图3所示，首先获取外部交联设备的接口仿真卡，并按照外部交联设备的接口特性，将接口仿真卡对应安装在S1所获取的外部交联接口处；再根据外部交联接口对应的数据协议信息，设置接口变量包括数据包头、长度和各字段等信息；设置数据传输速率；设置数据发送触发条件，包括周期和非周期数据；最后基于接口变量、数据传输速率和信息发送触发条件，生成仿真设备。 [0033] 其中，仿真设备和防撞主机之间传输的主要数据如表1所示。 [0034] 表1 仿真设备和防撞主机之间的主要数据在上述步骤S3中，主要包括完成监视模块与防撞软件之间的通信功能；完成目标机数据仿真建模。 [0035] 其中，“完成监视模块与防撞软件之间的通信功能”的具体做法如下：1）将监视模块与防撞软件通过内部交联接口通信连接，即通过DPRAM接口实现通信和收发时序； 2）将防撞软件数据按照内部交联接口对应的数据协议信息，发送至防撞软件；其中，防撞软件数据主要为监视软件对目标机跟踪的航迹数据等； 3）防撞软件对防撞软件数据进行计算处理后，将处理结果数据发送至监视模块；其中，处理结果数据包括本机跟踪数据、目标机跟踪数据、威胁检测数据、决断告警和多机处理数据等。 [0036] 监视仿真软件可完成监视逻辑与防撞软件之间所有交互通信功能，监视仿真软件还可以生成模拟的目标机及其它数据，并将所有数据按周期发送给防撞软件。监视仿真软件与防撞软件之间通过DPRAM进行通信，通信周期为1s。监视仿真软件按周期向防撞软件发送保持正常运行的周期数据，当有目标机出现时，发送目标机信息。监视仿真软件按周期接收防撞软件向其发送的本机跟踪数据、和本机灵敏度等信息。 [0037] 此外，“完成目标机数据仿真建模”的具体做法如下：基于监视模块对目标机进行跟踪，构造目标机数据；该目标机数据包括：目标机的类型、距离、方位等信息；待实施测试时，监视仿真软件按周期将目标机数据发送给防撞软件。 [0038] 二者交互的主要信息如下所示。 [0039] 监视仿真软件至防撞软件数据内容：struct SimSWToFZlogic { int intBH; //目标机编号 int intJL; //距离 int intGD; //高度 int intJD; //角度 } 防撞软件至监视仿真软件数据内容： struct FZlogicToSimSW { int OwnGD; //本机高度 int GDValid; //本机高度有效 long SAddr; //本机S模式地址 } 在上述步骤S4中， 1）使仿真设备实现以规定的场景要求向防撞软件发送数据，具体包括：控制外部交联接口发送数据的时序，在预设时间内将无线电高度、气压高度发送至防撞软件；完成外部交联各个设备间通讯数据测试数据时序仿真。 [0040] 2）实现仿真设备、防撞软件与监视仿真软件数据交互，相关内容如下：步骤S2中所述仿真设备模拟不同来源的数据已由仿真设备按照既定场景要求实现以1s为数据更新周期，并通过防撞软件转发至监视仿真软件；步骤S3中所述监视仿真软件实现了目标机建模；以上分别实现了外部输入数据和内部输入数据的仿真。由于内外部数据均通过监视仿真软件进行交互，因此将周期数据S模式地址作为测试起始标志，当监视仿真软件接收到预设的地址时，仿真时间开始计数，仿真设备和监视软件同时发送测试场景数据，实现仿真设备、防撞软件与监视仿真软件数据交互过程的仿真。 [0041] 如图4所示，仿真设备、防撞软件与监视仿真软件数据交互过程，其具体作法如下：在监视仿真软件中定义Tsim表示监视仿真软件的任务工作周期，将Tsim初始化为0，表示测试未开始；仿真设备发送的S模式地址初始化为1，表示测试未开始。当仿真设备发送的S模式地址第一次大于1时，表示此周期是第0周期，下一周期为第1周期。监视仿真软件收到第一个大于1的S模式地址时，将Tsim设为1，并在下一周期发送第1个周期的数据，直至测试场景结束，输出防撞算法处理结果，退出仿真。 [0042] 在上述步骤S5中，构造测试激励，开展防撞软件动态测试，将测试结果与标准输出进行比对，验证防撞软件的正确性；具体为：在步骤S4完成后，仿真设备和监视仿真软件按测试用例规定的测试场景向防撞软件发送测试输入数据；通过仿真设备收集防撞软件的输出数据，将收集到的输出数据与测试用例集中的标准输出数据进行比对，验证防撞软件是否满足DO‑185A标准要求。 [0043] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。