雷達對抗裝備軟件測試系統的設計

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(中國人民解放軍91404部隊, 河北 秦皇島 066000)

0 引言

雷達對抗是在雷達信號環境范圍內奪取制電磁權的重要作戰行動[1]?，F代戰爭中，信息化武器及電子設備在戰場上得到廣泛使用，眾多電磁輻射體集結在一定的作戰空間內，輻射源目標信號混雜重疊，各種電磁信號交織在一起，形成一個復雜密集，動態變換的電磁環境[2]。

在這種環境下，要對敵方雷達進行有效的偵察和干擾，就必須要求我軍雷達對抗裝備能夠在每秒幾百萬的密度、目標眾多的復雜電磁環境下要有較好的適應性和優異的處理能力[3]。隨著軟件技術的發展，雷達對抗裝備的控制、處理軟件的比重大大增加，已成為雷達對抗裝備的中樞神經，為了能達到當前的作戰要求，在一定的硬件處理環境保障下，主要是要通過軟件去實現裝備的各種控制和處理功能。因此雷達對抗裝備所屬軟件的優劣在很大程度上也反映了該裝備性能的先進性。

與此同時，隨著軟件比重的增大和作用地位的提高，軟件質量問題已成為裝備質量問題的“焦點”和“瓶頸”。經過大量工程實踐證明，軟件測試是保證軟件質量和裝備效能的重要環節和有效手段。裝備交付部隊使用必須通過專業軟件測評機構的軟件測評，對其配屬軟件的戰技指標、功能、完備性、可靠性，進行全面的考核，目前軟件測評正在逐漸從手工測試向自動測試過渡[4]。對于雷達對抗裝備，只有建立一個信號逼真、可調可控的測試環境，提供專業化、精確化的信號輸入，才能對雷達對抗裝備的顯控、信號處理軟件等進行全面、系統、準確的測試考核，為評價裝備軟件的產品質量提供依據。所以為更好地保證測試任務的完成，必須要建立相應專業化軟件測試評估平臺。

1 雷達對抗裝備軟件測試系統概述

當前，由于軟件測評機構一般現有的軟件測試手段不能提供復雜電磁環境信號數據對雷達對抗裝備的注入，只能依靠手工操作或設備研制單位提供的調試設備輸入比較簡單的調試數據，極大地限制了各種軟件測試方法的運用，而各種現有的測試手段、測試工具和裝設備沒有一個很好的依托平臺結合起來供測試使用，對雷達對抗裝備軟件在復雜電磁環境下的決策、引導、資源分配等能力的評價不夠系統準確。在這種情況下為了系統地提高雷達對抗裝備軟件的測試能力，就必須研制雷達對抗裝備軟件的測試系統。

雷達對抗裝備軟件測試系統是該類裝備軟件測試的重要組成部分，建立了一個完整的測試平臺,能夠模擬整個雷達對抗裝備軟件的運行環境、外界使用環境，人工和程序自動生成各類正常和異常數據，制定了一個適合雷達對抗裝備軟件的測試體系、手段和評估標準，可以極大滿足裝備軟件測試的需求，提高軟件測試的效率, 節省大量人力和物力。

2 雷達對抗裝備軟件測試系統的主要設計思路

研究建立雷達對抗裝備軟件測試系統，首先要以雷達對抗裝備軟件為對象，分析裝備軟件測試對其測試環境、測試流程、測試手段以及測試方法的特殊要求。

1)能否構建接近戰場條件的雷達對抗電磁信號環境是系統設計成敗的關鍵[5]。由于雷達對抗裝備軟件未來面臨電磁環境的復雜性、不確定性和惡劣性，必須考慮復雜電磁環境對被測軟件的信息處理能力和環境適應性的影響，決定了軟件測試必須建立相應的測試環境，模擬的測試環境從實時性到傳輸格式都盡量與實戰狀態一致[6]。

2)必須分析被測軟件如何受相應電磁信號處理硬件和電子戰方法的約束，考慮裝備軟件在應對作戰體系中嚴格的軟硬件條件和對應戰術邏輯的約束條件下，如何提供正確行為和滿足性能要求，采用的軟件測試手段必須能夠提供替代的運行平臺，并模擬相關的約束關系；

3)在一般測試流程和測試方法的基礎上，還要分析雷達對抗裝備軟件相關聯的其它系統對復雜電磁環境以及其它處理，考慮被測軟件在作戰體系中的協調性，軟件測試必須提供各種正常、異常輸入，拓展特定的測試方法。

雷達對抗裝備軟件測試系統在這些特定要求基礎上，著眼于現有軟件測試流程、測試手段、測試工具以及相關研制試驗場所已有的復雜電磁環境生成及監測資源，綜合軟件測試的復雜電磁環境生成、測試用信號數據注入、被測軟件運行驅動、測試工具資源集成、測試結果數據獲取以及測評過程管理等的各種手段和方法。

雷達對抗裝備軟件測試系統的主要設計思路是：雷達對抗裝備軟件測試系統針對雷達對抗領域內不同類型的被測軟件，通過編輯、設置及組合各種電磁信號數據、作戰系統仿真模塊產生的虛擬命令數據和生成特定的有源/無源干擾資源庫等，來提供豐富的故障注入、邊界值分析等測試手段，并利用數據接口結合已有的通用軟件測試工具(McCabe、TestBed、Crests)、虛擬靶場測試軟件VTR，以及現有測控裝備等，對雷達對抗裝備軟件(包括雷達偵察系統軟件、雷達有源干擾系統軟件、雷達無源干擾系統軟件以及雷達對抗相關的顯控系統、戰術軟件等)在復雜電磁環境下的戰技指標、功能、性能、安全可靠性進行科學的測試，對雷達對抗戰術決策軟件給出的最優方案性能給出準確評價。

3 雷達對抗裝備軟件測試系統的主要功能設計

雷達對抗裝備軟件測試系統的主要功能被設計成：針對雷達對抗裝備軟件，提供信號注入式的軟件測試手段，通過模擬各種體制的電磁脈沖信號，或通過回放事先錄取的現場真實電磁環境信號，將它們合成以建立測試用的“實戰電磁環境”，將這些環境信號以中頻為主、數字為輔的方式注入被測雷達對抗裝備軟件，集成各種測試工具和手段對軟件進行動態測試，著重于在高密度信號條件下，對軟件的偵收處理能力、決策能力、干擾決策合理性、干擾反應時間、干擾效果等給出定性、定量的考核，并完成測試數據的錄取、處理及軟件質量的綜合評價。具體包括：

3.1 電子對抗電磁環境錄取功能

利用電磁環境錄取器錄取雷達對抗現場的真實電磁環境數據，存入電磁環境數據庫。在生成測試環境時，數據庫中的數據信號可與模擬產生的電磁環境信號一起合成電磁環境數據，被軟件測試使用。

3.2 電子對抗電磁環境生成功能

根據被測電子戰裝備的功能與戰技需求，利用模擬器產生多種有源探測裝備、新體制雷達等各種復雜體制的電磁脈沖信號，并自動生成，或通過人機接口直接選定或現場編輯所需的多種雷達的工作方式、脈壓類型、重頻、脈寬等參數，通過設置雷達對抗場景，綜合使用模擬產生的電磁脈沖信號和提取數據庫中的現場電磁環境數據合成綜合戰場電磁環境態勢數據，以中頻或數字信號方式注入被測件。

3.3 干擾資源發送功能

設置、模擬并生成有源/無源干擾資源庫，通過對庫中相關信息的設定，來測試被測件的戰術決策模塊、干擾資源分配模塊等，并向雷達對抗的綜合顯控系統發送有源/無源干擾資源的相關信息；

3.4 測試環境及資源配置功能

針對不同的被測件類型，包括雷達偵察系統、雷達有源干擾系統、雷達無源干擾系統以及雷達對抗相關的顯控系統、戰術軟件等，進行測試環境配置，調整模擬器資源，建立可供被測件運行和測試相配套的軟件測試平臺和提供相應的支持數據。

3.5 測試數據注入及綜合測試功能

通過各種輸入數據的設置和組合，綜合利用各種測試方法(如等價類法、環境設定模擬、外部數據注入、人工故障注入、邊界值分析[7]等)，并結合各種測試工具完成軟件的功能、性能測試，特別是將這些方法和工具配合起來進行覆蓋率測試、邊界測試、安全性可靠性測試等，例如在各種數據輸入條件下運行被測件并結合McCabe軟件進行覆蓋率測試；利用通用的測試工具LoadRunner、各種調試助手作為數據驅動工具實施功能、性能測試[8]；提供數據接口，利用現有的VTR軟件，對被測系統的雷達對抗過程進行仿真和推演；通過開發與復雜電磁環境監測系統的相應接口，可視化監視設置的電磁環境態勢，供測試使用等。

3.6 測試數據生成功能

當測試信號利用本系統多功能通用接口注入到被測設備后，測試系統就能通過相應接口提取到被測設備的處理結果，生成測試數據，對測試數據進行記錄、整理、分析和處理。

3.7 測試數據總結及評價功能

在測試數據的基礎上，對被測件的戰技指標、功能、性能、可靠性等軟件質量結合軍用軟件質量特性并依據一定的準則和處理算法進行評價，得出綜合結論。

4 雷達對抗裝備軟件測試系統的組成及設計方案

雷達對抗裝備軟件測試系統由復雜電磁環境合成及場景編輯系統、測試構建支持系統、測試數據錄取處理系統、被測件質量評價系統和通用接口模塊組成。其中復雜電磁環境合成及場景編輯系統包括多模式高性能復雜電磁環境模擬器、DDS/AWG中頻發生器、環境編輯合成及數據注入模塊、通用雷達對抗電磁環境錄取器、雷達對抗電磁環境數據庫。測試構建支持系統包括綜合顯控與測試平臺構建模塊、作戰系統仿真模塊、有源/無源干擾資源模擬器。系統還具有與軟件測試工具、其它裝設備的通用數據接口。該系統組成框圖如圖1所示。

圖1 雷達對抗裝備軟件測試系統組成框圖

4.1 多模復雜電磁環境模擬器

該設備是雷達對抗裝備軟件測試系統的關鍵組成部份,由主計算機模塊、高速信號發生與處理模塊(SPU)、時序控制模塊、網絡與高速數據通信模塊、人機接口模塊等組成。該模塊的工作可受控于主控臺的工作指令，或采用自備式工作啟動方式。模擬器缺省狀態下具備8種常用測試電磁環境，當主控臺給出電磁脈沖密度要求、以及別的一些工作要求時，模擬器會自動選擇相應的工作模式開始工作；另也可按人工干預的指定模式工作，當模擬器一開始工作，其相應工作狀態和電磁環境的標準值都可能過網絡通告“性能評估模塊”，供評估模塊完成對被測系統的測試、評定工作。

現有雷達信號(PDW)數字模擬技術和中頻產生技術能以數字信號方式和中頻注入形式為雷達對抗裝備軟件測試提供多批次、寬頻段、高密度、多體制、逼真、動態威脅信號的仿真電磁環境，能夠很方便地進行參數加載、卸載、編輯等功能，并控制開關單部或多部信號。若測試要求發生變化時，可通過人機接口，重新配置、編輯新的電磁環境，重新構建新“環境”，首先要根據新環境的要求從數據庫中調出滿足工作要求的相應雷達、通信、干擾源，并調配到一定數目，沒有滿足的類型還可新建并增加。然后再根據需要對數據庫中某雷達、干擾源、通信基站的細微特征進行編輯調整，比如脈沖類型、工作模式、脈沖特征、PRI等技術指標，一旦設置完成，需重新存庫，這樣“模擬器”又增加了一種新的輻射源和你編輯的工作環境，供測試使用，并且以后也可隨時調用。

4.2 環境態勢編輯合成

該模塊是雷達對抗裝備軟件測試系統能采用“真實電子戰場電磁環境”進行測試、評估的關鍵設備，他的主要功能就將真實電磁環境數據庫的數據轉換自己系統能用的時序PDW數據流供測試用，另外它還能夠將“多模復雜電磁環境模擬器”產生的測試信號與真實環境的電磁信號按準確的時序關系組合在一起構成測試系統所需的特定電子戰電磁環境供系統使用。該設備與“多模復雜電磁環境模擬器”并列由主控臺控制具體使用哪一個裝備。該模塊能夠使本測試系統對被測裝備在非實戰環境下就可得到有效的測試與評估。

4.3 通用接口模塊

因模擬器的PDW數據流將采用通用的超高速LVDS接口，但因不同的被測設備都有各自的控制時序邏輯和并口/串口，為了能完成被測裝備與“仿真評估系統”方便、順利對接，特別研制該“通用接口模塊”在不動任何硬件的情況下，就可以方便的用留給用戶的通用編程接口將模擬器與被測裝備接到一起，最終完成測試評估。

4.4 作戰系統仿真軟件

作戰系統仿真軟件是電子對抗裝備軟件測試系統的外圍驅動數據來源，根據作戰系統的主要流程和工作原理，對一般作戰流程和相關接口關系、以及接口時序進行一定的模擬。涉及作戰系統與電子對抗系統的接口復雜，必須借助相關仿真軟件等自動化測試手段才能進行全面細致的測試。

4.5 測試數據錄取及處理分系統

測試數據錄取及處理分系統主要負責錄取、整理、分析、處理所有雷達對抗裝備軟件測試系統產生的數據，并完成數據的格式轉換，形式化表示等，要求具有合理有效的處理方法、直觀多樣的顯示形式和豐富的輸出格式。由于采取自動化的數據錄取，可以長時間紀錄有效數據，便于捕捉被監控的數據曲線發生突變的地方-拐點，這一點往往就是飽和點或性能瓶頸[9]。

4.6 被測件軟件質量評價分系統

被測件軟件質量評價分系統是本系統的重點也是難點，它從雷達對抗裝備軟件的戰技指標、功能、性能入手，重點考察雷達對抗裝備軟件在復雜電磁環境下的行為和質量，本軟件測評機構在“艦艇作戰指揮系統技術應用軟件測試和評估方法”、“艦載電子戰系統軟件測試和評估方法研究”等工作的基礎上，開展軟件質量評價方法的研究，并將成果應用到該系統。

雷達對抗裝備軟件測試系統在以上主要設備及軟件的基礎上，利用綜合顯控及測試平臺構建模塊針對不同的被測件，調整相應的測試環境和測試資源，配置與測試工具及其它裝設備的相應接口形成測試平臺，通過編輯、設置及組合各種電磁信號數據、作戰系統仿真模塊產生的虛擬命令數據和有源/無源干擾模擬器生成的模擬數據等以豐富的測試手段如故障注入、邊界值分析、大數據量模擬，來對我軍新研的雷達對抗裝備軟件在逼近真實的復雜電磁環境下的戰技指標、功能、性能、安全可靠性進行科學的測試，通過測試數據錄取處理系統完成對測試數據的錄取處理，使用被測件質量評價系統對被測件的軟件質量，根據一定的準則和處理算法給出評價結論。特別是針對雷達偵察系統，該系統提供注入式的測試手段，利用復雜電磁環境模擬器模擬產生多種有源探測裝備、新體制雷達等各種復雜體制的電磁脈沖信號，利用通用雷達對抗電磁環境錄取器提取試驗、訓練等現場的“真實雷達對抗現場電磁環境”數據，并存入電磁環境數據庫，通過環境編輯合成及數據注入模塊設置“雷達對抗場景”，將這些電磁環境數據以不同的組合方式合成建立非現場“實戰電磁環境”，并以中頻方式為主、數字信號方式為輔注入到被測件，可以極大地豐富測試手段，增強測試能力，提高測試效率。

4.7 主要性能設計

1)構造測試環境中的可仿真雷達類型應包括：常規脈沖雷達、線性調頻雷達、非線性調頻雷達、捷變頻雷達、重頻參差及抖動雷達、連續波雷達等；

2)可仿真的雷達部數應不小于200部；

3)操作反應時間應不大于3秒；

4)顯示刷新時間應不大于2秒；

5)干擾樣式應至少包括：噪聲干擾、欺騙干擾；

6)至少提供錯誤格式、超邊界數據的異常報文輸入手段，對雷達各參數具有邊界數據、異常數據的模擬能力；

7)軟件質量評價應至少建立3層30個度量元以上的評價體系。

5 雷達對抗裝備軟件測試系統的應用

雷達對抗裝備軟件測試系統提供主要包括測試環境模擬生成方法、被測件運行驅動方法、測試執行與數據采集方法和測評過程管理方法的測試應用。

1)建立測試環境模擬生成及信號數據注入方案，綜合利用內外場試驗資源、軟件測試資源、研制單位相關模擬仿真資源產生多種有源探測裝備、新體制雷達等各種復雜體制的電磁脈沖信號，錄取雷達對抗現場的電磁環境數據，存入電磁環境數據庫，通過設置雷達對抗場景，綜合使用模擬產生的電磁脈沖信號和數據庫中的現場電磁環境數據合成綜合戰場電磁環境態勢數據，注入被測件；

2)針對不同被測件類型包括雷達偵察系統、雷達有源干擾系統、雷達無源干擾系統以及雷達對抗相關的顯控系統、戰術軟件等，建立測試環境配置及資源調整方案，建立可供被測件運行和測試相配套的平臺驅動方法；

3)建立針對復雜電磁環境下雷達對抗裝備軟件的各種測試方法如等價類法、環境設定模擬、外部數據注入、人工故障注入、邊界值分析等，建立已有測試手段、測試工具、測試資源的集成方法，進行覆蓋率測試、邊界測試、安全性可靠性測試等，建立測評數據采集機制和錄取方法；

4)結合軟件測試平臺以及通用測評的相關要求，建立一整套測評過程管理的配套方法能夠進行測試要求管理、測試場景設置、測試方案及資源配置、測試用例管理、測試結果管理，并能根據測試策略(自頂向下或自下而上)靈活調整測試流程以及對文檔、被測件的控制等。

本系統采用了雷達信號(PDW)數字模擬技術以視頻注入形式為雷達對抗軟件測試提供多批次、寬頻段、高密度、多體制的數字環境，能夠方便的進行參數加載、卸載和編輯功能，并控制參數格式和數據進行故障注入，與以往系統相比，結果如下：

1)以往只是單純模擬信號，當前將模擬的信號與實際信號混合，形成更為逼真的環境；

2)可仿真的雷達部數從120部增加到200部；

3)增加非線性調頻雷達、連續波雷達等體制雷達的模擬；

4)嵌入了常用的軟件測試工具如LoadRunner、McCabe等；

5)系統的操作響應時間和顯示刷新時間均<1.5秒；

6)基本形成了從場景設置到結果輸出的全測試過程的文檔生成和數據顯示；

7)建立4個層級，73個度量元的軟件工程質量評價體系及相應的計算。

6 結束語

本文以雷達對抗裝備軟件測試為對象，在復雜電磁環境下雷達對抗裝備及其配屬軟件試驗/測試方法的基礎上，研究建立雷達對抗裝備軟件測試系統。采用專業化的軟件測試平臺，連接相應的信號模擬設備, 在系統平臺規劃下, 能夠按照設定的戰情, 為被試雷達對抗裝備提供逼真的動態信號環境[10]，對雷達對抗裝備軟件在模擬仿真條件下進行考核的同時，使用該系統組成更為合理的軟件測評過程、更為豐富的軟件測試手段、更為有效的軟件測試方法[11]，系統全面地考核復雜電磁環境下雷達對抗裝備軟件的戰術技術性能。