基于拜占庭容错体系构架的航天器控制系统测试性设计与分析

摘要： 飞行控制系统作为航天飞行器的关键机载系统,其运行情况直接关系到飞行任务的成败.通过良好的测试性设计,可以提高系统的可靠性和安全性,减少维修人力及其他保障资源,降低寿命周期费用.对拜占庭容错体系结构的航天器控制系统和分层多信号流图模型的测试性设计和建模方法进行了详细的叙述,并对基于拜占庭容错体系结构的航天器控制系统进行了测试性建模,通过测试性建模和分析系统（TMAS软件）验证控制系统测试性设计的正确性和有效性.     

基于多信号流图的分层系统测试性建模与分析

为了对分层系统进行测试性分析,提出基于多信号流图模型的分层系统测试性建模与分析方法.该方法利用多信号流图模型建立分层系统的层次结构模型,进行测试性分析时,首先利用相关性模型法对顶层模型进行测试性分析,当层次性模块与其它模块不能区分时,再利用相关性模型法对模糊组进行测试性分析,最终实现对分层系统的诊断设计.最后,利用某具有层次性结构的滤波放大器电路对该方法进行了验证,试验结果证明,该方法对于分层系统的测试性建模与分析是有效的,能够为分层系统制定有效的诊断策略.      

基于内部1553B总线的航天器控制系统可测试性框架设计与验证

可测试性设计是提升系统研制效率和测试品质的重要方法.给出基于内部1553B总线的航天器控制系统可测试性设计的分层递阶结构,建立可测试性设计的模型框架,并对基于1553B总线的航天器控制系统可测试性设计的技术实现进行了分析.最后利用TEAMS软件结合实例进行可测试性设计仿真评估,评估结果证明了这种可测试性设计方法的有效性.     

航天器测试需求描述及其自动生成

航天器作为一个典型的安全苛刻系统,其可信性研究需求迫切,支持可信性评估的数据来自于航天器测试用例的执行,而航天器测试需求是测试用例生成的重要依据.在实际应用中,对航天器这类复杂系统,面临测试需求庞杂、测试需求编制周期长、人工经验编制方式难以保证测试需求的充分性、完备性及可复用性等问题.针对这些问题,通过分析航天器组织结构特点,建立航天器形式化模型,基于航天器测试任务流程,给出了航天器静态测试需求和动态测试需求形式化描述规范,并给出航天器测试需求自动生成方法,保证了测试需求的充分性和完备性,提高了测试需求复用性,与人工编制方式相比,缩短了测试需求编制周期.最后设计并实现航天器测试需求生成应用系统,验证所提出方法的有效性.      

考虑多故障的测试性建模改进方法

分析了测试性建模的现有方法及在工程应用中存在的不足.在信号流图方法的基础上,提出了一种测试性建模的改进方法.该方法支持单元的多故障模式设置,能够区分全局故障和局部故障,并允许设置全局故障沿单元特定信号流方向传递.给出了测试性模型的图形定义、隐含属性定义、相关性矩阵定义和相应的测试性分析推理方法.在此基础上,提出了基于高阶相关性分析的相关性矩阵生成改进算法.以某惯导系统为例进行了应用,建立了测试性图形模型并生成改进的相关性矩阵,与现有方法建立的相关性矩阵进行对比,结果验证了测试性建模改进方法的可行性和有效性.     

基于UML活动图模型的测试用例生成技术研究

为了设计和生成系统工作流程的测试用例,引入测试大纲模型的概念,设计出从UML(Unified Modeling Language)活动图模型到测试大纲模型,再到测试用例模型的三级转换过程和一组消除活动图模型中的非结构化特征、将其转化为模块化的测试大纲模型,以及把并发子过程实例化为一组典型测试场景的基本规则.还研究了针对每一个输入操作,选择基本输入数据集,并将其赋予测试大纲模型之上,从而构造测试用例模型的方法,以及最终基于测试用例模型生成完备的测试用例集合的方法.      

通断式多态系统扩展测试性建模方法

现有测试性建模方法有一定的约束条件,包括故障判据的一致性、故障传递关系的一致性、测试的逻辑值判据一致性.针对通断式多态系统具有的状态差异性的特点,提出了一种扩展测试性建模方法.在引入状态集合的基础上,对故障、测试、 D 矩阵和诊断树进行了扩展定义,最后定义了扩展测试性模型.介绍了扩展测试性建模分析的算法,主要有模型建立算法、扩展 D 矩阵生成算法、扩展诊断树生成算法.以某液压操纵系统为例进行了应用,结果验证了方法的可行性和有效性.     

批产航天器自测试系统设计

集成快检、存储快检与射前快检成为批产航天器亟待解决的问题。传统航天器综合测试模式存在测试效率低、测试改装部署繁琐、测试成本高、测试周期长和难以深入产品内部探查的问题,不能很好地适应批产研制与测发需求。针对该问题,从航天器可测试性与自测试设计出发,研究航天器自测试功能单元的设计方法、自测试通信交互模式、基于结构模型与行为模型的自测试诊断模型设计方法,设计了分层的自测试系统架构,通过总线快速调度自测试流程,提升快速检修能力,满足批产航天器快检需求。     

基于JUnit和元模型的模型存储测试设计与实现

在模型驱动测试中,针对测试模型的存储测试问题,提出了单元素、单个测试元模型、组合测试元模型等测试覆盖准则,并通过实例化的方法生成了测试用例,讨论了测试结果的判定方法.在Eclipse平台上,借助于JUnit框架实现了模型存储测试.通过分析不同数量级的测试用例对执行效率的影响以及不同测试覆盖准则和相应的JUnit测试代码规模之间的关系,为测试元模型的设计与存储提供了实践指导,并表明JUnit框架可以用于基于元模型的测试.提出了一个基于JUnit和元模型的自动测试框架——JMetamodel,可以用于模型存储以及模型转换的测试.      

对象驱动的软件测试性度量

为了使用统一的方式度量各种软件的测试性,降低测试性度量的难度和费用,提出一种对象驱动的软件测试性度量方法. 方法基于一个由测试性度量、易测试特性度量、测试性因素度量及其关系构成的软件测试性度量框架,首先分析度量的对象,确定对象的类型、对象所属软件的类型和测试情况;然后根据软件的类型和测试情况,从度量框架中选取匹配的元素,构造一个专用的软件测试性度量框架;最后根据度量对象的类型,使用专用软件测试性度量框架中的元素计算测试性因素、易测试特性或测试性. 应用表明方法能够得到软件测试性的定量结果,预计测试资源,为软件测试提供帮助.      

测试性分配方法研究

研究了系统测试性指标与系统组成单元指标之间的关系,分析了确定测试性指标的各主要影响因素,进而导出了测试性分配的基本要求、数学模型和工作程序.在此基础上,文章给出了4种用于不同情况下的测试性分配方法:前2种是基于系统单元的复杂度(故障率)或重要度(故障影响)的分配方法;第3种是综合考虑各影响因素的加权分配方法;第4种是系统中有老成品时的分配方法.这些分配方法都可以实际应用于工程设计.      

面向复杂系统的三维Bayes网络测试性验证模型

针对当前武器装备复杂的系统结构,现有基于装备整机系统测试性先验信息的测试性验证方法难以适用,基于分系统测试性先验信息的测试性验证方法不能系统有效地处理先验信息,导致测试性验证结果可信度不高的问题,提出一种面向复杂系统的三维Bayes网络测试性验证模型。该模型能充分运用装备各层级结构中所蕴含的条件独立性,有效降低构建Bayes网络模型的复杂度,同时能融合装备各层级单元的先验信息。通过给出的三维Bayes网络的条件概率学习方法及G/M-H算法,由底层单元数据通过模型逐步向上融合,得到顶层测试性指标的后验分布,进一步利用顶层后验分布求取故障样本量。结果表明:该模型能充分考虑复杂系统的系统结构及各层级单元先验信息,并能通过模型推理得到的指标后验分布达到有效减少测试性验证故障样本量的目的。      

考虑FDR的测试性测定试验及其相关方法

针对装备研制过程中,缺乏试验手段测定产品测试性水平,确定其与规定要求间的差距的情况,界定了测试性试验和测试性测定试验的概念,在仅考虑测定故障检测率(FDR,Fault Detection Rate)的情况下,研究给出了基于功能相关特征矩阵和重要度特征的故障特征建模方法,构建了二元组故障特征模型,用于测定FDR试验的试验样本选取.在该种试验样本选取方法中,为了减少进行故障注入试验时,注入不同故障样本的工作量和复杂度,充分考虑了试验样本间的等效关系,定义了等价集合和等效样本的概念,并在此基础上给出了考虑等效样本存在的试验结果评估方法.该研究在某型导弹飞控系统中取得了很好的应用.      

基于光星模拟器的星敏感器安装极性测试方法

针对目前星敏感器在整星上的安装极性无法被直接测试的问题，提出了基于光星模拟器的星敏感器安装极性测试方法,从物理和数学两方面阐述了该测试方法的原理，设计了星敏感器安装极性的操作方法和相应的判据。提出了可测性指标的概念，并通过对星敏感器极性和星敏感器安装极性分别进行可测性分析，证明了该方法的有效性。整星电测试结果表明，该方法操作简单，效果直观，可广泛应用。     

基于验前信息的测试性验证试验方案确定方法

针对目前测试性验证试验方案样本量过大、工程上实现困难的问题,提出了基于验前信息的复杂设备的Bayes测试性验证试验方案.首先,利用Beta分布对测试性验前信息的不确定性进行描述,运用不同来源的验前信息确定验前分布超参数;然后,定义了验前分布不确定性测度和支持度作为验前信息加权因子,设计了相应的融合算法;接着,利用融合后的验前信息建立成败型装备测试性验证试验方案的Bayes决策模型;最后,通过实例分析表明,与经典验证试验方案相比,新方案减少试验样本量40%左右,又克服了传统Bayes验证试验方案的冒进.