專利名稱：飛行控制軟件控制網(wǎng)絡(luò)頻域測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻域測試系統(tǒng)及方法，特別是涉及一種針對飛行控制系統(tǒng)中控制 網(wǎng)絡(luò)的測試系統(tǒng)及方法，屬于測試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
飛行控制系統(tǒng)廣泛使用計(jì)算機(jī)控制，而控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通常是先完成連續(xù)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)然后再進(jìn)行離散化處理，因此在現(xiàn)有技術(shù)中對控制系統(tǒng)的頻域特性分析是在連續(xù)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)時(shí)進(jìn)行的一種理論分析。離散處理后的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程最終以差分方程的形式體現(xiàn)在飛行控制軟件中。 為確?？刂频膶?shí)時(shí)性，飛行控制軟件設(shè)計(jì)時(shí)將控制網(wǎng)絡(luò)計(jì)算分為前臺計(jì)算和后臺計(jì)算兩個(gè) 部分。當(dāng)一個(gè)控制周期開始時(shí)先進(jìn)行制導(dǎo)律計(jì)算，隨后完成控制網(wǎng)絡(luò)的前臺計(jì)算，然后向執(zhí) 行機(jī)構(gòu)輸出控制命令，最后完成控制網(wǎng)絡(luò)的后臺計(jì)算。所以需要研究一種有效的測試方法 來驗(yàn)證飛行控制軟件實(shí)現(xiàn)的控制網(wǎng)絡(luò)是否能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能和性能要求。目前控制專業(yè)主要通過半實(shí)物仿真試驗(yàn)來驗(yàn)證控制系統(tǒng)的各種性能。雖然使用了 真實(shí)的飛行計(jì)算機(jī)，但是由于測試時(shí)需要使用仿真測試臺等專業(yè)測試設(shè)備，所以測試數(shù)據(jù) 中必然包含多種由設(shè)備引入的工具誤差和測量精度誤差，這些誤差還可能存在很多難以分 析的耦合關(guān)系，從而影響了測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。軟件測試專業(yè)主要考核飛行控制軟件是否 按照任務(wù)書的要求正確實(shí)現(xiàn)了控制算法，一般進(jìn)行時(shí)域驗(yàn)證，以階躍信號作為控制網(wǎng)絡(luò)計(jì) 算模塊的輸入，判斷計(jì)算輸出是否與理論值一致。但是此種方法卻不能對考核控制網(wǎng)絡(luò)在 不同頻段上的延時(shí)特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種針對飛行控制軟件 中控制網(wǎng)絡(luò)充分、準(zhǔn)確、全面的頻域測試系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是飛行控制軟件控制網(wǎng)絡(luò)頻域測試系統(tǒng)，其特征在于通過具有虛擬CPU和交互內(nèi)存 的數(shù)字仿真平臺動(dòng)態(tài)加載測試功能模塊后運(yùn)行，所述的測試功能模塊包括流程控制模塊、 環(huán)境仿真模塊和后臺處理模塊，同時(shí)還包括獨(dú)立運(yùn)行的離線分析模塊，其中所述的流程控制模塊，用于對整個(gè)測試過程進(jìn)行控制，首先，在測試初始階段，向 環(huán)境仿真模塊和后臺處理模塊發(fā)送對象創(chuàng)建命令；對象創(chuàng)建成功后，載入測試腳本并建立 測試腳本流水線序列；解釋有效載入的測試腳本循環(huán)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，直到流水線序列中最 后一個(gè)測試腳本；在動(dòng)態(tài)測試的初始階段，首先向環(huán)境仿真模塊和后臺處理模塊發(fā)送初始 化命令，驅(qū)動(dòng)虛擬CPU加載被測飛行控制軟件，根據(jù)當(dāng)次動(dòng)態(tài)測試的腳本建立飛行控制周 期定時(shí)，并對飛行控制周期是否到時(shí)進(jìn)行判斷；然后在飛行控制周期定時(shí)內(nèi)驅(qū)動(dòng)虛擬CPU 運(yùn)行飛行控制軟件，解釋測試腳本；根據(jù)對測試腳本的解釋，先向環(huán)境仿真模塊發(fā)送周期更 新或設(shè)備更新命令，或者向后臺處理模塊發(fā)送數(shù)據(jù)記錄命令后，再向環(huán)境仿真模塊發(fā)送周
5期更新或設(shè)備更新命令；按測試腳本的規(guī)定如果需要數(shù)據(jù)注入，則向后臺處理模塊發(fā)送數(shù) 據(jù)生成命令；數(shù)據(jù)注入完成后，如果測試腳本規(guī)定的測試時(shí)間，結(jié)束動(dòng)態(tài)測試，否則重新判 斷控制周期定時(shí)，并循環(huán)進(jìn)行；當(dāng)結(jié)束完所有測試腳本的測試后，向環(huán)境仿真模塊和后臺處 理模塊發(fā)送對象卸載命令；結(jié)束測試；所述的環(huán)境仿真模塊，用于模擬飛行控制軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，包括用于模擬飛 行控制軟件運(yùn)行硬件環(huán)境的設(shè)備仿真對象和用于模擬飛行控制軟件運(yùn)行數(shù)據(jù)環(huán)境的數(shù)學(xué) 模型仿真對象，其中所述的設(shè)備仿真對象包括中斷控制設(shè)備模型、通信控制設(shè)備模型和飛 行控制計(jì)算機(jī)綜合端口模型，根據(jù)流程控制模塊的命令進(jìn)行操作，收到對象創(chuàng)建命令時(shí)，創(chuàng) 建設(shè)備仿真對象和數(shù)學(xué)模型仿真對象；收到初始化命令時(shí)，初始化設(shè)備仿真對象和數(shù)學(xué)模 型仿真對象；收到周期更新命令時(shí)，調(diào)用數(shù)學(xué)模型仿真對象進(jìn)行飛行控制環(huán)境的仿真計(jì)算， 并更新交互內(nèi)存中的數(shù)據(jù)；收到設(shè)備更新命令時(shí)，調(diào)用設(shè)備仿真對象進(jìn)行硬件環(huán)境的仿真 計(jì)算，并更新交互內(nèi)存中的數(shù)據(jù)；收到對象卸載命令時(shí)，卸載數(shù)學(xué)模型仿真對象和設(shè)備仿真 對象；所述的后臺處理模塊，用于產(chǎn)生測試輸入數(shù)據(jù)及記錄測試結(jié)果，包括數(shù)據(jù)生成對 象和數(shù)據(jù)記錄對象，根據(jù)流程控制模塊的命令進(jìn)行相應(yīng)的操作，收到對象創(chuàng)建命令時(shí)，創(chuàng)建 數(shù)據(jù)生成對象和數(shù)據(jù)記錄對象；收到初始化命令時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)生成對象和數(shù)據(jù)記錄對象初 始化；收到數(shù)據(jù)生成命令時(shí)，由數(shù)據(jù)生成對象生成測試輸入數(shù)據(jù)，并根據(jù)測試腳本中指定的 地址將數(shù)據(jù)注入交互內(nèi)存；收到數(shù)據(jù)記錄命令時(shí)，由數(shù)據(jù)記錄對象將測試輸出數(shù)據(jù)記錄到 記錄文件中；收到對象卸載命令時(shí)，卸載數(shù)據(jù)生成對象和數(shù)據(jù)記錄對象；離線分析模塊，用于對測試的結(jié)果進(jìn)行分析，首先讀入測試腳本和測試輸出數(shù)據(jù) 的記錄文件，然后對兩個(gè)文件中的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理，在(ω X τ) <0. 17rad的低頻段，進(jìn) 行Bsin (cot+θ) =Β(ω +θ)的擬和處理，其中B為信號的幅度，θ為相位，ω為角速度， τ為延時(shí)；在(ω X τ 0. 17rad的高頻段，進(jìn)行快速傅立葉變換，最后計(jì)算輸出測試輸 出數(shù)據(jù)相對于輸入數(shù)據(jù)的幅頻特性和相頻特性。所述的后臺處理模塊，收到數(shù)據(jù)生成命令時(shí)，數(shù)據(jù)生成對象按照測試腳本中所指 定幅度、頻率計(jì)算并生成相應(yīng)的測試輸入信號的采樣值。飛行控制軟件控制網(wǎng)絡(luò)頻域測試方法，其特征在于通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，初始化，流程控制模塊發(fā)出對象創(chuàng)建命令加載環(huán)境仿真模塊，創(chuàng)建設(shè)備 仿真對象和數(shù)學(xué)模型仿真對象，其中所述的設(shè)備仿真對象用于模擬飛行控制軟件運(yùn)行的硬 件環(huán)境包括中斷控制設(shè)備模型、通信控制設(shè)備模型和飛行控制計(jì)算機(jī)綜合端口模型，所述 的數(shù)學(xué)模型仿真對象對用于模擬飛行控制軟件運(yùn)行的數(shù)據(jù)環(huán)境；加載后臺處理模塊，創(chuàng)建 數(shù)據(jù)生成對象和數(shù)據(jù)記錄對象，如果環(huán)境仿真模塊或后臺處理模塊中的對象創(chuàng)建不成功， 結(jié)束測試；第二步，流程控制模塊載入測試腳本，建立測試腳本的流水線序列；第三步，流程控制模塊順序讀取腳本流水線序列中的有效測試腳本，進(jìn)入動(dòng)態(tài)測 試，循環(huán)進(jìn)行此步直到流水線序列結(jié)束；第四步，流程控制模塊發(fā)出對象卸載命令，卸載環(huán)境仿真模塊和后臺處理模塊，結(jié) 束測試；所述的動(dòng)態(tài)測試通過以下步驟實(shí)現(xiàn)
第一步、動(dòng)態(tài)測試初始化，a、流程控制模塊發(fā)出初始化命令，初始化環(huán)境仿真模塊和后臺處理模塊中的對 象；b、載入被測飛行控制軟件；C、根據(jù)當(dāng)前測試腳本，建立飛行控制周期定時(shí)；第二步，動(dòng)態(tài)測試a、虛擬CPU在控制周期內(nèi)運(yùn)行被測試飛行控制軟件；流程控制模塊進(jìn)行控制周期 定時(shí)的判斷，如果到時(shí)，則進(jìn)入b步，否則進(jìn)入d步；b、流程控制模塊進(jìn)行腳本解釋，如果需要記錄數(shù)據(jù)，流程控制模塊發(fā)出數(shù)據(jù)記錄 命令，后臺處理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)記錄對象記錄當(dāng)前測試數(shù)據(jù)，然后流程控制模塊發(fā)出周期更 新或設(shè)備更新命令，環(huán)境仿真模塊調(diào)用數(shù)學(xué)模型仿真對象或設(shè)備模型仿真對象進(jìn)行環(huán)境參 數(shù)更新，如果不需要記錄數(shù)據(jù)，直接進(jìn)行環(huán)境參數(shù)更新；C、如果需要注入數(shù)據(jù)，則流程控制模塊發(fā)出數(shù)據(jù)生成命令，后臺處理模塊調(diào)用數(shù) 據(jù)生成對象生成新的測試輸入數(shù)據(jù)并根據(jù)測試腳本規(guī)定的內(nèi)存地址將測試輸入數(shù)據(jù)注入 內(nèi)存；否則直接進(jìn)入d步；d、流程控制模塊根據(jù)測試腳本中規(guī)定的測試結(jié)束時(shí)間判斷動(dòng)態(tài)測試是否結(jié)束，如 果不結(jié)束，則回到a;第三步，動(dòng)態(tài)測試結(jié)束；所述的離線分析通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，讀取測試腳本和測試輸出數(shù)據(jù)；第二步，在(ω X τ ) < 0. 17rad的低頻段，進(jìn)行如式(1)的擬和運(yùn)算，Bsin ( ω t+ θ ) = β ( ω t+ θ )(1)其中，B為信號的幅度，θ為相位，ω為角速度，τ為延時(shí)；在(ω X τ )彡0. 17rad的高頻段，進(jìn)行快速傅立葉變換；第三步，計(jì)算輸出數(shù)據(jù)相對輸入數(shù)據(jù)的幅頻和相頻特性；第四步，輸出計(jì)算結(jié)果，結(jié)束離線分析。所述的動(dòng)態(tài)測試通過對測試腳本的解釋確定輸入數(shù)據(jù)的幅度和頻率、測試0點(diǎn)、 數(shù)據(jù)注入的內(nèi)存地址、數(shù)據(jù)記錄地址、輸入采樣信號注入時(shí)間、測試輸出數(shù)據(jù)記錄類型以及 測試結(jié)束時(shí)間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明通過在頻域?qū)︼w行控制軟件進(jìn)行測試，與時(shí)域測試相比，可以實(shí)現(xiàn)對飛 行控制軟件中控制網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)特性進(jìn)行考核，提高了測試的充分性，同時(shí)還可針對測試數(shù) 據(jù)對信號的幅度、特征頻率等參數(shù)進(jìn)行分析，提高了測試的全面性。(2)本發(fā)明采用環(huán)境仿真模塊中的數(shù)學(xué)模型仿真對象和設(shè)備仿真對象在測試過程 中實(shí)時(shí)的模擬飛行器飛行的真實(shí)環(huán)境，提高了測試的準(zhǔn)確性。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明的測試主流程7
圖3為本發(fā)明的動(dòng)態(tài)測試流程圖；圖4為本發(fā)明環(huán)境仿真模塊實(shí)現(xiàn)流程圖；圖5為本發(fā)明后臺處理模塊實(shí)現(xiàn)流程圖；圖6為本發(fā)明離線分析模塊實(shí)現(xiàn)流程圖；圖7為本發(fā)明環(huán)境仿真模塊讀取的數(shù)據(jù)文件圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。一、模塊設(shè)計(jì)所述的流程控制模塊1、環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3均可動(dòng)態(tài)的加載到數(shù) 字仿真平臺上運(yùn)行，所述的數(shù)字仿真平臺為可以提供內(nèi)存訪問與運(yùn)行控制接口的平臺，如 Keil51和Vtest等產(chǎn)品。所述的虛擬CPU為數(shù)字仿真平臺的部件。所述的離線分析模塊 4在測試流程結(jié)束后對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從頻域?qū)︼w行控制軟件進(jìn)行分析，并輸出測試分 析結(jié)果。1、流程控制模塊1流程控制模塊1為整個(gè)測試系統(tǒng)的主控模塊，環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3 根據(jù)流程控制模塊1發(fā)出的命令進(jìn)行操作。流程控制模塊1同時(shí)控制主流程和動(dòng)態(tài)測試流 程。在主流程中，通過命令控制環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3的加載、內(nèi)部對象的創(chuàng)建 以及主流程測試結(jié)束時(shí)環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3的卸載，其中發(fā)送命令的時(shí)間節(jié) 點(diǎn)通過對測試腳本的解釋結(jié)果來確定，命令發(fā)送的方法可以通過在環(huán)境仿真模塊2和后臺 處理模塊3中對命令進(jìn)行判斷后調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，在調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)時(shí)， 將對應(yīng)的命令在內(nèi)存中存儲的地址指針作為入口參數(shù)傳遞給響應(yīng)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)；實(shí)現(xiàn)對測試 腳本的載入，并建立測試腳本的流水線序列，測試腳本的載入可以采用如在vc++語言中用 于讀取文件的fopenO函數(shù)打開，然后按照規(guī)定的字節(jié)數(shù)或數(shù)據(jù)類型實(shí)現(xiàn)測試腳本中參數(shù) 的讀入，具體的測試腳本的格式將在下面給出；通過順序讀取有效的測試腳本，啟動(dòng)動(dòng)態(tài)測 試流程。在動(dòng)態(tài)測試流程中，流程控制模塊1對環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3以及交 互內(nèi)存進(jìn)行初始化；負(fù)責(zé)向內(nèi)存中加載被測飛行控制軟件，其中環(huán)境仿真模塊2和后臺處 理模塊3的初始化，通過發(fā)出初始化命令，調(diào)用環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3中的初始 化函數(shù)，由環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3中的初始化函數(shù)完成；根據(jù)測試腳本建立控制 周期定時(shí)；啟動(dòng)虛擬CPU運(yùn)行被測飛行控制軟件；對測試腳本進(jìn)行解釋，確定動(dòng)態(tài)測試流程 中輸入信號的幅度和頻率、測試開始的0點(diǎn)、輸入數(shù)據(jù)注入和輸出數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間及內(nèi)存 地址；根據(jù)動(dòng)態(tài)測試中的狀態(tài)和測試腳本中規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的命令給環(huán)境仿真模塊 2或后臺處理模塊3。下面給出測試腳本的格式[故障注入令]#開始時(shí)間；結(jié)束時(shí)間；變量值(或波頻率)；波幅值；變量類型；故障類型；故障 注入時(shí)的內(nèi)存地址；變量名稱[測試結(jié)束時(shí)間]1 = 150
對應(yīng)具體數(shù)值的測試腳本，如下所示#95 ；150 ；3. 0 ；1. 0 ；8 ；1 ；0x00016960 ；GSa_Phi_cx其中，對于波幅值1個(gè)字節(jié)、2個(gè)字節(jié)、4個(gè)字節(jié)、5個(gè)字節(jié)、8個(gè)字節(jié)；對于故障類 型0修改為固定變量值；1加入固定頻率的正弦波；2加入階躍信號；3為余弦波；4為三角 波；5為方波。當(dāng)流程控制模塊1讀到標(biāo)志位“[故障注入令]，，時(shí)，開始順序讀取下面的參 數(shù)；當(dāng)讀到標(biāo)志位“[測試結(jié)束時(shí)間]”時(shí)，讀取之后的測試運(yùn)行時(shí)間，“1 = 150”代表運(yùn)行 150s后，結(jié)束對當(dāng)前腳本的測試。2、環(huán)境仿真模塊2環(huán)境仿真模塊2用于模擬飛行器飛行控制軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境。其中，所述的數(shù) 學(xué)模型仿真對象用于模擬飛行控制軟件運(yùn)行的數(shù)據(jù)環(huán)境，在具體的設(shè)計(jì)過程中，可以通過 對飛行器動(dòng)力學(xué)模型、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和敏感與測量模型進(jìn)行建?；蛘咄ㄟ^讀去預(yù)先定義飛行 器飛行的數(shù)據(jù)文件等方法實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，采用了通過讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件實(shí)現(xiàn)對飛 行控制軟件運(yùn)行的數(shù)據(jù)環(huán)境的模擬，其中數(shù)據(jù)文件的格式如圖7所示，其中t代表時(shí)間，單 位為秒；pul_ax、pul_ay和pul_az分別為加速度計(jì)X、Y、Z方向的脈沖值；pul_gx、pul_gy 和pul_gz為陀螺X、Y、Z方向的脈沖值，數(shù)據(jù)文件中所涉及的飛行器軌道參數(shù)可以結(jié)合具 體的飛行器以及參考《遠(yuǎn)程火箭彈道學(xué)》(賈沛然陳克俊何力編著，國防科技大學(xué)出版社， 2009. 06)第三章中的所涉及的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。所述的設(shè)備仿真對象用于模擬飛行控制軟件 運(yùn)行的硬件環(huán)境，根據(jù)飛行器中的硬件設(shè)備模型進(jìn)行建模，包括中斷控制設(shè)備模型、通信控 制設(shè)備模型和飛行控制計(jì)算機(jī)綜合端口模型，在本實(shí)施例中采用了通用的芯片設(shè)計(jì)，因此 對硬件環(huán)境模型可以參考具體芯片的手冊或相關(guān)書籍，如中斷控制器采用的是8259A，對該 中斷控制器進(jìn)行建?？梢詤⒖肌段⑿陀?jì)算機(jī)接口技術(shù)原理及應(yīng)用》(劉樂善，華中理工大學(xué) 出版社，2000. 06)第五章中的內(nèi)容；飛行控制計(jì)算機(jī)綜合端口模型可以參考《微型計(jì)算機(jī) 接口技術(shù)原理及應(yīng)用》(劉樂善，華中理工大學(xué)出版社，2000. 06)第二章中的內(nèi)容；通信控 制設(shè)備模型使用了 L16c752，建?？梢詤⒖糡L16C752B-EP3. 3-V DUAL UART WITH 64-BYTE FIFO。如圖4所示，環(huán)境仿真模塊2被加載后始終處于等待接收命令的狀態(tài)，利用循 環(huán)的等待對當(dāng)前流程控制模塊1發(fā)出的命令進(jìn)行判斷，當(dāng)收到流程控制模塊1發(fā)來的命 令時(shí)，首先判斷命令的類型，如果命令存在，則調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)。其中，當(dāng)收到周期 更新命令后，環(huán)境仿真模塊2調(diào)用數(shù)學(xué)仿真對象，讀取數(shù)據(jù)文件計(jì)算當(dāng)前飛行控制軟件 的數(shù)據(jù)環(huán)境，并更新交互內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。當(dāng)收到設(shè)備更新命令后，設(shè)備仿真對象被調(diào)用， 更新交互內(nèi)存中的硬件環(huán)境仿真數(shù)據(jù)。在處理完相應(yīng)的命令后，再次返回等待接收命令 的狀態(tài)。以初始化命令為例對命令的處理過程進(jìn)行說明，首先通過枚舉的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)enum MESSAGE定義所要接收的全部命令，其中初始化的命令為EMU_miT，則環(huán)境仿真模塊2在 接收到命令時(shí)，通過switch語句進(jìn)行判斷，如果命令為EMU_INIT，則調(diào)用初始化入口函數(shù) InitData((PJBDRIVER_DATA)pData)進(jìn)行初始化，其中pData為指向命令內(nèi)容的指針，通過 強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為PJBDRIVER_DATA型的數(shù)據(jù)格式。對于其他的命令，采用類似的處理方法。3、后臺處理模塊3后臺處理模塊3主要用于對測試過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其中所述的數(shù)據(jù)生成對
9象用于對測試輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所述的數(shù)據(jù)記錄對象用于將測試輸出數(shù)據(jù)記錄到測試輸 出數(shù)據(jù)的記錄文件中。如圖5所示，對該模塊的設(shè)計(jì)原理與處理方法和環(huán)境仿真模塊2相 類似，當(dāng)收到數(shù)據(jù)生成命令時(shí)，調(diào)用數(shù)據(jù)生成對象，數(shù)據(jù)生成對象根據(jù)流程控制模塊1對腳 本解釋后獲得的輸入數(shù)據(jù)的幅度和頻率生成相應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)測試腳本中規(guī)定的測 試0點(diǎn)將采樣數(shù)據(jù)注入到交互內(nèi)存中，供虛擬CPU在控制周期內(nèi)讀取。當(dāng)收到數(shù)據(jù)記錄命 令時(shí)，調(diào)用數(shù)據(jù)記錄對象，數(shù)據(jù)記錄對象按照腳本解釋的內(nèi)容從指定的內(nèi)存地址中讀取相 應(yīng)類型的數(shù)據(jù)并寫入數(shù)據(jù)記錄文件中。其中內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)通過運(yùn)行有飛行控制軟件的 虛擬CPU實(shí)時(shí)的更新。4、離線分析模塊4離線分析模塊4用于對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析。其中所述的頻域分析通過在高低 頻段分別采用FFT和多項(xiàng)式擬合運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。在(ω X τ ) < 0. 17rad的低頻段，可以選擇擬合運(yùn)算如式(1)所示，Bsin(ω t+ θ ) = β(ω + θ )(1)其中B為信號的幅度，θ為信號的相移，均為待確定的參數(shù)，ω為角速度。擬合點(diǎn) 選擇數(shù)據(jù)數(shù)值發(fā)生由負(fù)變?yōu)檎南噜弮牲c(diǎn)。而對于飛行控制軟件的測試更關(guān)注控制軟件對低頻信號的響應(yīng)能力。因此，在 (ω X τ )彡0. 17rad的高頻段，分別對輸入信號和輸出信號進(jìn)行快速傅里葉變換，再求取 控制網(wǎng)絡(luò)在ω附近的幅頻特性和相頻特性。通過對輸出信號在高低頻段進(jìn)行此類處理，實(shí)現(xiàn)對控制網(wǎng)絡(luò)的頻域特性的，如當(dāng) 注入的輸入數(shù)據(jù)為48^1(0^)，輸出數(shù)據(jù)為此^1[ &+1)+0]時(shí)，Β/Α代表幅頻特性，θ 代表相頻特性。二、測試方法流程1、測試方法總體特征在全數(shù)字仿真測試平臺上，利用后臺處理模塊的數(shù)據(jù)生成對象，按照飛行控制軟 件的控制周期生成頻率為ω的正弦波的采樣信號，并將采樣信號作為測試的輸入；在測試 的輸出端，利用后臺處理模塊3的數(shù)據(jù)記錄對象記錄飛行控制軟件控制網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算輸出； 最后自動(dòng)調(diào)用離線分析模塊4對記錄到的控制網(wǎng)絡(luò)計(jì)算輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域特性分析處理。 得出被測模塊在頻率ω上的幅頻特性和相頻特性。經(jīng)過一組特征頻率的測試即可實(shí)現(xiàn)對 飛行控制軟件中控制網(wǎng)絡(luò)功能和性能的充分測試。2、測試方法流程描述本實(shí)施例中將結(jié)合對一個(gè)測試腳本來說明測試方法。首先，通過全數(shù)字仿真平臺動(dòng)態(tài)加載流程控制模塊1，啟動(dòng)測試流程。第一步、測試初始化階段載入環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3，流程控制模塊1 向環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3發(fā)出對象創(chuàng)建命令，環(huán)境仿真模塊2根據(jù)所測飛行器 的具體情況和飛行控制軟件，創(chuàng)建設(shè)備仿真對象和數(shù)學(xué)模型仿真對象；后臺處理模塊3創(chuàng) 建數(shù)據(jù)生成對象和數(shù)據(jù)記錄對象。判斷對象的創(chuàng)建的狀態(tài)，如果有對象創(chuàng)建不成功，結(jié)束測 試ο第二步、測試腳本批處理載入測試腳本，并建立測試腳本的流水線序列，測試腳 本根據(jù)測試目的進(jìn)行編寫，包括定義測試中的輸入數(shù)據(jù)的幅度、頻率及注入時(shí)間等，數(shù)據(jù)存
10儲的內(nèi)存地址，記錄數(shù)據(jù)的類型、飛行控制軟件的控制周期和測試結(jié)束時(shí)間等。第三步、循環(huán)加載流水線序列中的測試腳本，針對有效腳本進(jìn)行進(jìn)入第四步的動(dòng) 態(tài)測試。如果測試腳本無效，則順序加載之后的腳本。當(dāng)執(zhí)行完所有流水線序列中的測試 腳本后，退出測試。第四步、進(jìn)入動(dòng)態(tài)測試A、流程控制模塊1發(fā)出初始化命令驅(qū)動(dòng)環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3初始化 模塊中的對象；流程控制模塊1將被測飛行控制軟件載入內(nèi)存。B、虛擬CPU加載并運(yùn)行被測飛行控制軟件；根據(jù)當(dāng)前的測試腳本建立控制周期定 時(shí)。如果未到控制周期定時(shí)，則進(jìn)入第G步；否則進(jìn)入第C步。C、流程控制模塊1進(jìn)行腳本解釋，確定當(dāng)前測試腳本中規(guī)定的輸入數(shù)據(jù)的幅度和 頻率等參數(shù)，確定數(shù)據(jù)讀寫的內(nèi)存地址等。D、判斷是否需要記錄數(shù)據(jù)，如果需要記錄數(shù)據(jù)，流程控制模塊1發(fā)出數(shù)據(jù)記錄命 令，后臺處理模塊3調(diào)用數(shù)據(jù)記錄對象將數(shù)據(jù)記錄到相應(yīng)文件，其中所述說的記錄數(shù)據(jù)的 判斷時(shí)間根據(jù)測試腳本的定義來確定。E、如果不需要記錄數(shù)據(jù)或運(yùn)行完D步，流程控制模塊1發(fā)出環(huán)境仿真命令，環(huán)境仿 真模塊2調(diào)用其對象進(jìn)行實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)的計(jì)算，并更新交互內(nèi)存中的原來數(shù)據(jù)。F、選擇是否注入數(shù)據(jù)，如果需要注入數(shù)據(jù)，則流程控制模塊1發(fā)出數(shù)據(jù)生成命令， 后臺處理模塊3調(diào)用數(shù)據(jù)生成對象并按照測試腳本中規(guī)定的頻率和幅度產(chǎn)生相應(yīng)信號，并 將該信號的采樣值作為輸入數(shù)據(jù)注入交互內(nèi)存中；如果不需要注入數(shù)據(jù)，則直接進(jìn)入第G步οG、根據(jù)測試腳本規(guī)定的測試結(jié)束時(shí)間進(jìn)行判斷以結(jié)束動(dòng)態(tài)測試，如果動(dòng)態(tài)測試結(jié) 束，則退出針對當(dāng)前腳本的動(dòng)態(tài)測試。第五步、如果流水線序列仍有待執(zhí)行的腳本，則返回第三步，進(jìn)行判斷后繼續(xù)執(zhí) 行，否則流程控制模塊1發(fā)出對象卸載命令，環(huán)境仿真模塊2和后臺處理模塊3卸載各自的 對象，仿真結(jié)束。測試輸出數(shù)據(jù)通過離線分析模塊4進(jìn)行獨(dú)立的頻域分析輸出飛行控制軟件的頻 域特性，下面將結(jié)合圖6對離線分析模塊4的工作流程進(jìn)行說明。第一步、數(shù)據(jù)讀入，對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析需要輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行，從而給出輸出數(shù) 據(jù)相對于輸入數(shù)據(jù)的幅頻特性和相頻特性，因此，離線分析模塊4在該步驟中需要同時(shí)讀 入測試腳本和輸出數(shù)據(jù)的記錄文件，具體的數(shù)據(jù)讀入方法可與流程控制模塊1載入測試腳 本的方法相類似。第二步、對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析A、在(ω X τ ) < 0. 17rad的低頻段使用近似擬合方法對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理。 擬合運(yùn)算可以選擇如式(1)所示形式，進(jìn)行多項(xiàng)式展開，并將多項(xiàng)式和輸入正弦波波的泰 勒展開形式進(jìn)行匹配，從而可以計(jì)算出低頻段，輸出相對與輸入的幅頻特性和相頻特性。B、對于(ω X τ )彡0. 17rad的高頻段的數(shù)據(jù)，由于控制系統(tǒng)更關(guān)注控制網(wǎng)絡(luò)對低 頻段的響應(yīng)能力，因此對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算，分別對輸入信號和輸出信號進(jìn)行快速傅 里葉變換，再求取控制網(wǎng)絡(luò)在ω附近的幅頻特性和相頻特性。第三步、將結(jié)果輸出，結(jié)束離線分析流程。
經(jīng)過以上的離線分析模塊4的出來，可以實(shí)現(xiàn)對飛行器中控制網(wǎng)絡(luò)的頻域分析。三、結(jié)果對比分析在本部分，結(jié)合現(xiàn)有測試技術(shù)的輸出結(jié)果，對采用本實(shí)例中所提到的處理方法的 輸出結(jié)果進(jìn)行比較性分析。針對某飛行器飛行網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻域特性測試，采樣周期0. 005s 1、準(zhǔn)確性比較當(dāng) ω = 3rad/s 時(shí)，利用本發(fā)明測試得到的幅頻特性為-0. 48825dB，相頻特性為-15. 2548°。利用波形比較方法得到的幅頻特性為-0. 48825dB，相頻特性為-15. 4699°。利用半實(shí)物仿真測試方法得到的幅頻特性為-0. 48725dB,相頻特性 為-15. 6653°。其中測試?yán)碚撝捣l特性為-0. 488dB,相頻特性為-15. 25°。有此可見使用發(fā)明進(jìn)行所獲得的測試結(jié)果較傳統(tǒng)方法有更高的準(zhǔn)確度。當(dāng)ω >60rad/S時(shí)，輸入數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)超過8192個(gè)得到了與特征頻率點(diǎn)接近的 頻率上的幅頻特性和相頻特性。特征頻率為60rad/s的測試頻率為59. 978649rad/s，特 征頻率為120rad/s的測試頻率為119. 957298rad/s，特征頻率為240rad/s的測試頻率為 240. 067993rad/so可以看出，使用本發(fā)明獲得的特征頻率的測試結(jié)果較特征頻率非常接 近。2、效率比較:在半實(shí)物仿真環(huán)境下測試頻域特性耗用資源2人，2天。而使用本發(fā)明進(jìn)行頻域 特性的測試耗用資源1人0. 5天，大大提高了工作效率。3、全面性比較使用本發(fā)明可以準(zhǔn)確得到控制網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)0. 08875s。利用時(shí)域測試方法，通過對 階躍信號進(jìn)行分析，其輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間大于0. 495s。而采用波形比較方法得到的延時(shí) 為17個(gè)采樣周期。根據(jù)上述實(shí)際應(yīng)用結(jié)果可以看出，使用本發(fā)明能夠測試飛行控制軟件中的數(shù)字控 制網(wǎng)絡(luò)的頻域特性，從而能夠全面考核飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最終產(chǎn)品是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要 求。在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明 作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的 保護(hù)范圍。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
飛行控制軟件控制網(wǎng)絡(luò)頻域測試系統(tǒng)，其特征在于通過具有虛擬CPU和交互內(nèi)存的數(shù)字仿真平臺動(dòng)態(tài)加載測試功能模塊后運(yùn)行，所述的測試功能模塊包括流程控制模塊(1)、環(huán)境仿真模塊(2)和后臺處理模塊(3)，同時(shí)還包括獨(dú)立運(yùn)行的離線分析模塊(4)，其中所述的流程控制模塊(1)，用于對整個(gè)測試過程進(jìn)行控制，首先，在測試初始階段，向環(huán)境仿真模塊(2)和后臺處理模塊(3)發(fā)送對象創(chuàng)建命令；對象創(chuàng)建成功后，載入測試腳本并建立測試腳本流水線序列；解釋有效載入的測試腳本循環(huán)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，直到流水線序列中最后一個(gè)測試腳本；在動(dòng)態(tài)測試的初始階段，首先向環(huán)境仿真模塊(2)和后臺處理模塊(3)發(fā)送初始化命令，驅(qū)動(dòng)虛擬CPU加載被測飛行控制軟件，根據(jù)當(dāng)次動(dòng)態(tài)測試的腳本建立飛行控制周期定時(shí)，并對飛行控制周期是否到時(shí)進(jìn)行判斷；然后在飛行控制周期定時(shí)內(nèi)驅(qū)動(dòng)虛擬CPU運(yùn)行飛行控制軟件，解釋測試腳本；根據(jù)對測試腳本的解釋，先向環(huán)境仿真模塊(2)發(fā)送周期更新或設(shè)備更新命令，或者向后臺處理模塊(3)發(fā)送數(shù)據(jù)記錄命令后，再向環(huán)境仿真模塊(2)發(fā)送周期更新或設(shè)備更新命令；按測試腳本的規(guī)定如果需要數(shù)據(jù)注入，則向后臺處理模塊(2)發(fā)送數(shù)據(jù)生成命令；數(shù)據(jù)注入完成后，如果測試腳本規(guī)定的測試時(shí)間，結(jié)束動(dòng)態(tài)測試，否則重新判斷控制周期定時(shí)，并循環(huán)進(jìn)行；當(dāng)結(jié)束完所有測試腳本的測試后，向環(huán)境仿真模塊(2)和后臺處理模塊(3)發(fā)送對象卸載命令；結(jié)束測試；所述的環(huán)境仿真模塊(2)，用于模擬飛行控制軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，包括用于模擬飛行控制軟件運(yùn)行硬件環(huán)境的設(shè)備仿真對象和用于模擬飛行控制軟件運(yùn)行數(shù)據(jù)環(huán)境的數(shù)學(xué)模型仿真對象，其中所述的設(shè)備仿真對象包括中斷控制設(shè)備模型、通信控制設(shè)備模型和飛行控制計(jì)算機(jī)綜合端口模型，根據(jù)流程控制模塊(1)的命令進(jìn)行操作，收到對象創(chuàng)建命令時(shí)，創(chuàng)建設(shè)備仿真對象和數(shù)學(xué)模型仿真對象；收到初始化命令時(shí)，初始化設(shè)備仿真對象和數(shù)學(xué)模型仿真對象；收到周期更新命令時(shí)，調(diào)用數(shù)學(xué)模型仿真對象進(jìn)行飛行控制環(huán)境的仿真計(jì)算，并更新交互內(nèi)存中的數(shù)據(jù)；收到設(shè)備更新命令時(shí)，調(diào)用設(shè)備仿真對象進(jìn)行硬件環(huán)境的仿真計(jì)算，并更新交互內(nèi)存中的數(shù)據(jù)；收到對象卸載命令時(shí)，卸載數(shù)學(xué)模型仿真對象和設(shè)備仿真對象；所述的后臺處理模塊(3)，用于產(chǎn)生測試輸入數(shù)據(jù)及記錄測試結(jié)果，包括數(shù)據(jù)生成對象和數(shù)據(jù)記錄對象，根據(jù)流程控制模塊(1)的命令進(jìn)行相應(yīng)的操作，收到對象創(chuàng)建命令時(shí)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)生成對象和數(shù)據(jù)記錄對象；收到初始化命令時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)生成對象和數(shù)據(jù)記錄對象初始化；收到數(shù)據(jù)生成命令時(shí)，由數(shù)據(jù)生成對象生成測試輸入數(shù)據(jù)，并根據(jù)測試腳本中指定的地址將數(shù)據(jù)注入交互內(nèi)存；收到數(shù)據(jù)記錄命令時(shí)，由數(shù)據(jù)記錄對象將測試輸出數(shù)據(jù)記錄到記錄文件中；收到對象卸載命令時(shí)，卸載數(shù)據(jù)生成對象和數(shù)據(jù)記錄對象；離線分析模塊(4)，用于對測試的結(jié)果進(jìn)行分析，首先讀入測試腳本和測試輸出數(shù)據(jù)的記錄文件，然后對兩個(gè)文件中的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理，在(ω×τ)＜0.17rad的低頻段，進(jìn)行Bsin(ωt+θ)＝B(ωt+θ)的擬和處理，其中B為信號的幅度，θ為相位，ω為角速度，τ為延時(shí)；在(ω×τ)≥0.17rad的高頻段，進(jìn)行快速傅立葉變換，最后計(jì)算輸出測試輸出數(shù)據(jù)相對于輸入數(shù)據(jù)的幅頻特性和相頻特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行控制軟件控制網(wǎng)絡(luò)頻域測試系統(tǒng)，其特征在于所述的后 臺處理模塊(3)，收到數(shù)據(jù)生成命令時(shí)，數(shù)據(jù)生成對象按照測試腳本中所指定幅度、頻率計(jì) 算并生成相應(yīng)的測試輸入信號的采樣值。
3.飛行控制軟件控制網(wǎng)絡(luò)頻域測試方法，其特征在于通過以下步驟實(shí)現(xiàn) 第一步，初始化，流程控制模塊(1)發(fā)出對象創(chuàng)建命令加載環(huán)境仿真模塊(3)，創(chuàng)建 設(shè)備仿真對象和數(shù)學(xué)模型仿真對象，其中所述的設(shè)備仿真對象用于模擬飛行控制軟件運(yùn)行 的硬件環(huán)境包括中斷控制設(shè)備模型、通信控制設(shè)備模型和飛行控制計(jì)算機(jī)綜合端口模型， 所述的數(shù)學(xué)模型仿真對象對用于模擬飛行控制軟件運(yùn)行的數(shù)據(jù)環(huán)境；加載后臺處理模塊 (4)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)生成對象和數(shù)據(jù)記錄對象，如果環(huán)境仿真模塊(3)或后臺處理模塊(4)中的 對象創(chuàng)建不成功，結(jié)束測試；第二步，流程控制模塊(1)載入測試腳本，建立測試腳本的流水線序列； 第三步，流程控制模塊(1)順序讀取腳本流水線序列中的有效測試腳本，進(jìn)入動(dòng)態(tài)測 試，循環(huán)進(jìn)行此步直到流水線序列結(jié)束；第四步，流程控制模塊(1)發(fā)出對象卸載命令，卸載環(huán)境仿真模塊(3)和后臺處理模塊 (4)，結(jié)束測試;所述的動(dòng)態(tài)測試通過以下步驟實(shí)現(xiàn) 第一步、動(dòng)態(tài)測試初始化，a、流程控制模塊(1)發(fā)出初始化命令，初始化環(huán)境仿真模塊(3)和后臺處理模塊(4) 中的對象；b、載入被測飛行控制軟件；C、根據(jù)當(dāng)前測試腳本，建立飛行控制周期定時(shí)； 第二步，動(dòng)態(tài)測試a、虛擬CPU在控制周期內(nèi)運(yùn)行被測試飛行控制軟件；流程控制模塊(1)進(jìn)行控制周期 定時(shí)的判斷，如果到時(shí)，則進(jìn)入b步，否則進(jìn)入d步；b、流程控制模塊(1)進(jìn)行腳本解釋，如果需要記錄數(shù)據(jù)，流程控制模塊(1)發(fā)出數(shù)據(jù)記 錄命令，后臺處理模塊(4)調(diào)用數(shù)據(jù)記錄對象記錄當(dāng)前測試數(shù)據(jù)，然后流程控制模塊(1)發(fā) 出周期更新或設(shè)備更新命令，環(huán)境仿真模塊(3)調(diào)用數(shù)學(xué)模型仿真對象或設(shè)備模型仿真對 象進(jìn)行環(huán)境參數(shù)更新，如果不需要記錄數(shù)據(jù)，直接進(jìn)行環(huán)境參數(shù)更新；c、如果需要注入數(shù)據(jù)，則流程控制模塊(1)發(fā)出數(shù)據(jù)生成命令，后臺處理模塊(4)調(diào)用 數(shù)據(jù)生成對象生成新的測試輸入數(shù)據(jù)并根據(jù)測試腳本規(guī)定的內(nèi)存地址將測試輸入數(shù)據(jù)注 入內(nèi)存；否則直接進(jìn)入d步；d、流程控制模塊(1)根據(jù)測試腳本中規(guī)定的測試結(jié)束時(shí)間判斷動(dòng)態(tài)測試是否結(jié)束，如 果不結(jié)束，則回到a;第三步，動(dòng)態(tài)測試結(jié)束；所述的離線分析通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，讀取測試腳本和測試輸出數(shù)據(jù)；第二步，在(ω X τ ) < 0. 17rad的低頻段，進(jìn)行如式(1)的擬和運(yùn)算， Bsin(cot+ θ ) = β(ω + θ )(1)其中，B為信號的幅度，θ為相位，ω為角速度，τ為延時(shí)； 在(ω X τ )彡0. 17rad的高頻段，進(jìn)行快速傅立葉變換； 第三步，計(jì)算輸出數(shù)據(jù)相對輸入數(shù)據(jù)的幅頻和相頻特性； 第四步，輸出計(jì)算結(jié)果，結(jié)束離線分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的飛行控制軟件控制網(wǎng)絡(luò)頻域測試方法，其特征在于所述的動(dòng) 態(tài)測試通過對測試腳本的解釋確定輸入數(shù)據(jù)的幅度和頻率、測試0點(diǎn)、數(shù)據(jù)注入的內(nèi)存地 址、數(shù)據(jù)記錄地址、輸入采樣信號注入時(shí)間、測試輸出數(shù)據(jù)記錄類型以及測試結(jié)束時(shí)間。
全文摘要
飛行控制軟件控制網(wǎng)絡(luò)頻域測試系統(tǒng)及方法，可以實(shí)現(xiàn)對飛行控制軟件控制網(wǎng)絡(luò)的頻域測試，其特征在于通過在數(shù)字仿真平臺上加載流程控制模塊、環(huán)境仿真模塊和后臺處理進(jìn)行測試，從而實(shí)現(xiàn)了對飛行控制網(wǎng)絡(luò)的測試，然后通過離線分析模塊實(shí)現(xiàn)了對測試輸出的頻域分析。其中流程控制模塊用于對測試的整個(gè)流程的進(jìn)行控制，環(huán)境仿真模塊和后臺處理模塊實(shí)現(xiàn)了對飛行控制軟件實(shí)時(shí)飛行環(huán)境的模擬以及對輸入和輸出數(shù)據(jù)的生成和記錄。同時(shí)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比還具有快速、準(zhǔn)確、全面等的特點(diǎn)。
文檔編號G06F9/455GK101916205SQ20101023616
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者周展, 李中萍, 李勇, 王寧, 王宇強(qiáng), 許春來, 錢杰 申請人:北京航天自動(dòng)控制研究所