面向任务成功的航空通信电子系统空地协同自主测试技术.pdf
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1、DOI:10.20079/j.issn.1001-893x.220810002引用格式:周靖宇,童大鹏,杨斌.面向任务成功的航空通信电子系统空地协同自主测试技术J.电讯技术,2023,63(7):972-978.ZHOU J Y,TONG D P,YANG B.Mission-success-oriented air-ground cooperative autonomous test technology for avionics systemsJ.Telecommunication Engineering,2023,63(7):972-978.面向任务成功的航空通信电子系统空地协同自主测试
2、技术周周靖靖宇宇,童童大大鹏鹏,杨杨 斌斌(中国西南电子技术研究所,成都 610036)摘 要:针对航空通信电子系统测试中广泛存在的过程完备测试效率低、测试流程人为依赖、空地测试设计割裂等问题,提出了一种面向任务成功的航空通信电子系统空地协同自主测试技术。首先设计基于知识的协同自主测试架构,然后创新面向任务成功的测试逻辑生成与空地协同测试推理机技术,最后通过试验验证所提方法测试效率与自动化程度的提升。关键词:航空通信电子系统;空地协同;测试逻辑生成;自主测试开放科学(资源服务)标识码(OSID):微信扫描二维码听独家语音释文与作者在线交流享本刊专属服务中图分类号:V243.1 文献标志码:A
3、文章编号:1001-893X(2023)07-0972-07Mission-success-oriented Air-Ground Cooperative AutonomousTest Technology for Avionics SystemsZHOU Jingyu,TONG Dapeng,YANG Bin(Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu 610036,China)Abstract:To solve the problems in integrated test of avionics systems,s
4、uch as low efficiency of complete test,artificial dependence of the test process and fragmentation of air-ground test design,a novel mission-success-oriented air-ground cooperative autonomous test technology for avionics systems is proposed.Firstly,a knowledge-based cooperative autonomous test archi
5、tecture is designed.Secondly,mission-success-oriented test logic generation and air-ground cooperative inference engine is innovated.Finally,the improvement of test efficiency and automation of the technology is verified through experiments.Key words:avionics system;air-ground cooperation;test logic
6、 generation;autonomous test0 引 言航空通信电子系统是航空飞行器的重要组成子系统,通过标准总线的分层分布式架构体系,根据航空飞行器的业务需求,具备飞行控制、导航、通信等多种功能1-2。随着系统功能的增加,故障类型越来越多,完备测试排故过程越发复杂。国内外航空测试技术在机载测试3、自动检测4-5、测试逻辑生成6-7、故障推理诊断8-9等方面已经开展了卓有成效的工作,在理论和应用上均取得了明显的效果。但是,由于高集成、综合化的航电系统的发展,机载测试资源越来越宝贵,而机载故障越来越复杂,仅依赖机载测试无法快速有效地测试隔离如性能下降、链路功能异常等测试资源消耗较大的故障
7、模式。航电设备的增多与使用频率的提升,导致检测维修任务加重,现有的测试排故方法需要提升机载测试设计分析协同,提高测试效率,减少人为依赖10。更重要的是,当前设备检测主要面向装备完好进行,279第 63 卷 第 7 期2023 年 7 月电讯技术Telecommunication EngineeringVol.63,No.7July,2023收稿日期:2022-08-10;修回日期:2022-10-09通信作者:周靖宇整个流程采用全局测试分析,测试流程完备但针对性不足。本文提出,将检测目标聚焦在设备具体任务成功11的关联设备,通过面向任务成功的测试逻辑生成,可以使测试资源在更经济的情况下满足实际
8、测试需求,从而提高测试效率。此外,考虑到综合保障在任务成功需求下,面向未来“联合全域”的包以德循环(Observation Orientation Decision Action,OODA),需要自主协调保障资源应对不同任务检测需求是综保能力发展的重要趋势12。本文提出一种面向任务成功的航空通信电子系统空地协同自主测试技术,旨在实现测试选择高效、测试流程智能、测试协同良好的航空通信电子系统测试能力,解决航空通信电子系统测试过程中完备测试效率低、测试流程人为依赖、空地测试设计割裂的问题,支撑未来航空通信电子综合保障空地资源协同友好、智能的新需求。1 基于知识的协同自主测试架构设计如图 1 所示,
9、本文提出的空地协同自主测试技术架构的核心主要通过构建知识库,结合机载测试与地面测试资源,形成一种基于知识驱动的空地协同自主测试能力。图 1 空地协同自主测试技术架构图379第 63 卷周靖宇,童大鹏,杨斌:面向任务成功的航空通信电子系统空地协同自主测试技术第 7 期1.1 自主测试诊断知识库构建1.1.1 目标知识目标知识主要是描述被测航空电子通信系统产品的组成知识,包括产品名称、产品功能、模块名称,以及产品、功能与模块的组成关系。1.1.2 逻辑知识逻辑知识涵盖航空通信电子系统机载与地面测试所需流程,以二叉树作为知识解释手段,其中逻辑知识中包含多个二叉树对应各种测试流程。二叉树以模块故障为顶
10、事件,作为一个测试的开始,与被测对象相关联;以测试操作为中间事件,关联测试流程;以测试结果如正常或发生某模块故障作为基本事件,关联测试分析输出结论。为了实现自主测试,本文提出一种面向任务成功的测试逻辑生成技术,可以实现测试逻辑二叉树自生成。1.1.3 操作知识操作知识是指在执行机载测试和地面测试中的各种测试手段,包括机载模块 BIT 测试、机载链路测试、地面性能测试、地面对通测试与串件测试等,其中针对不同的故障其测试操作对应不同的测试序列(Test Pattern,TP),关联逻辑知识中测试流程的测试操作指令。本文通过设计一种空地协同测试推理机,可以将测试逻辑与空地测试资源相关联,将测试逻辑转
11、化为测试操作,支撑实现自主测试。1.1.4 结论知识结论知识是面向一组测试操作的结论分析输出,包括被测产品、产品下对应的各功能故障与各模块故障,以及产品、功能故障与模块故障之间的关联关系。本文提出的面向任务成功的测试逻辑生成技术,将任务成功与故障概率相结合,形成一种以动态任务故障率为目标函数的测试逻辑生成,使得测试逻辑动态可变,深度结合任务需求。1.2 基于知识的协同自主测试流程依托知识库,实现空地协同自主测试包括以下步骤:第一步,确定对象。该步骤是根据要测试的产品与故障表现,在目标知识中搜索对应的目标知识,即搜索产品名称、故障表现的功能故障以及对应的模块。第二步,确定逻辑。该步骤是根据确定好
12、的对象,在逻辑知识中搜索相匹配的二叉树,将该二叉树确定为对应的测试逻辑。第三步,推理测试。该步骤是通过推理机解析二叉树,根据二叉树中解析出对应的测试操作,调用对应的测试 TP 执行测试操作,根据操作结果,不断选择二叉树的走向,如此往复,直至二叉树运行到基本事件,结束整个测试流程。第四步,输出结论。该步骤是根据第三步中获取的基本事件,在结论知识中匹配对应的故障诊断结论,包括被测产品是否有故障,以及该产品下对应检测隔离的某功能故障以及某模块故障的结论。2 面向任务成功的测试逻辑生成技术常规测试逻辑主要依赖人为经验构建,尽管存在一些 AO6等测试逻辑生成算法,但是这些算法需要根据人为经验提前输入故障
13、概率,通过故障概率进行路径搜索。这些方法往往需要事先分析生成测试逻辑,将测试逻辑固化于测试设备中,执行过程效率较低且不适用于自主测试过程中的实时可变需求。为此,本文提出一种面向任务成功的测试逻辑生成技术。2.1 基于任务成功的底事件故障概率算法底事件概率为对应的故障概率,一般电子系统假定故障符合指数分布13,故障概率如式(1)所示:q(t)=1-e-t。(1)式中:q 为每个故障的底事件概率;表示故障对应的失效率,可由该故障对应的硬件故障与影响分析结果确定;t 表示工作时间。不失一般性,考虑利用底事件概率计算出顶事件发生故障的总概率为 Q,如式(2)所示:Q=Q(q1,q2,qn)。(2)考虑
14、第 h 个事件发生概率在微小概率变化导致顶事件发生故障的相对概率变化,从而得到 h 底事件概率的重要度如式(3)所示:l(h)=qhQ。(3)将装备执行任务看为若干个任务剖面13,每个任务根据涉及的故障进行动态变化,则当前任务底事件的动态概率重要度如式(4)所示:lT(h)=qhQhl(h)。(4)电讯技术 2023 年此时,考虑可以通过任务剖面下该故障关联模块的故障与影响分析,得到第 h 个事件的失效率为h,其满足指数分布为常数,从而可得此时动态任务故障率为 hlT(h)。将动态任务故障率作为进行测试逻辑生成引导目标函数。2.2基于任务成功底事件故障概率的测试代价算法 图搜索方法6是一种常用
15、的测试逻辑生成方法,核心就是构建测试代价函数,根据计算测试代价函数进行路径搜索,形成测试逻辑。本小节基于上一节的任务成功底事件故障概率计算方法,提出一种基于任务成功底事件故障概率的测试代价计算方法,如式(5)所示:Eh=ch+P(xhp)E(xhp)+P(xhf)E(xhf)P(xhp)+P(xjp)。(5)式中:ch为本次测试测试成本;xhp和 xhf为故障集 x通过和未通过测试 h 的子集;ch为测试成本;P(xhp)和 P(xhf)为 xhp和 xhf的总概率;E(xhp)和E(xhf)为故障集 xhp和 xhf的实际测试代价。考虑引入任务成功后,引用动态任务故障率计算得到考虑任务成功的
16、测试通过与不通过概率分别为 hplT(h)与 hflT(h),在此基础上,利用 ch区分不同测试能力(如机载、地面、人工)在不同需求下的测试成本,从而可以计算得到基于任务成功的测试代价,如下式所示:Eh=f(ch)+hplT(h)E(xhp)+hflT(h)E(xhf)hplT(h)+hflT(h)。(6)式中:f(ch)为测试代价关于测试手段的离散函数。2.3 任务成功逻辑生成应用设计面向任务成功的测试逻辑生成技术在故障诊断应用中包含以下步骤:第一步,任务驱动分解分析。如图 2 所示,首先,按照标准任务进行分解分析;其次,对于每一个任务依层次按照功能关联、模块关联、故障模式关联进行逐层分析;
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