综合模块化航空电子软件仿真测试方法研究

【类型】学位论文

【作者】周庆 

【关键词】 综合模块化航空电子 安全关键软件 软件适航 软件验证

【摘要】随着现代航空机载设备的信息化，软件在机载系统中所占的比例越来越大，发挥着越来越重要的作用。在未来新一代主战航空装备中，80％以上的功能由软件实现，代码规模预计将超过1000万行，软件已名副其实成为航空装备的“神经中枢”。与此同时，软件也随之发生了巨大的变化。航空电子系统正在向综合化、模块化、标准化、通用化和开放式方向发展。综合化航空电子系统具有资源高度共享、数据高度融合和软件高度密集等特点。软件是航空电子系统的核心，飞机每一个动作的完成都离不开软件的支持，80%的航空电子功能由软件实现。为了有效保证软件质量，这就对软件测试与验证技术提出了新的挑战。工程实践表明，软件测试是保证软件质量和可靠性的有效手段。然而，目前常规的软件测试技术难以满足新一代复杂机载软件对高性能、高可靠、高安全的要求，因此迫切需要开展针对新一代机载软件的测试技术和测试环境的研究。因此，本文立足于国内工程实践的需求，着眼于新一代航电系统软件的新特性，开展软件测试相关的研究工作。论文依托国际上相关的规范文件，吸取国外在航电软件测试方面的经验教训，同时也结合自身在软件测试方面的积累，力求以一个完整的“测试方法-测试技术-测试工具”的技术路线来展示综合模块化航电软件的测试、验证方法。主要研究内容包括：1．综合模块化航电软件特征研究。论文通过调研国内外航电系统及其软件的相关文献资料、技术手册，从把综合模块化航电软件作为被测对象的角度研究其特征。重点研究其与联合式航电系统的不同之处。并且介绍了当前IMA在工程型号上的应用情况，包括IMA开发与验证情况、国外F-22和F-35的研制应用情况以及国内相关单位的研究情况。同时，阐述了IMA给现有软件测试工作在测试方法、测试技术和测试环境方面带来的挑战。2．面向机载软件适航验证的灰盒测试方法研究。论文基于《机载系统和设备合格审定的软件考虑》（DO-178B）对软件测试的要求，分析其与传统软件测试方法之间的关系，并提出面向DO-178B的灰盒测试方法，从基于问题空间和解空间的“两个空间”理论以及测试公理的要求深入分析该方法，并且重点分析灰盒测试方法的充分性以及该方法的应用工作，进而给出软件灰盒测试综合覆盖率模型。3．嵌入式软件故障注入技术研究。论文对软件故障注入技术进行了分析和总结，研究了实时嵌入式软件动态故障注入的方法，深入分析各种软件注入方法的利弊，设计了一种基于调试的软件动态二进制故障注入原型系统，为下一步的IMA软件测试技术研究进行了铺垫。4．面向软件故障注入的IMA软件灰盒测试技术研究。论文主要结合IMA系统及其软件的特点，根据DO-297的要求阐述IMA适航验证的要求，重点阐述灰盒测试方法与IMA软件适航验证目标的结合，即同时面向DO-178B和DO-297的软件测试方法。本文把具有普适性的面向机载软件适航验证的灰盒测试方法具体到IMA软件测试技术上来，针对IMA软件的特点形成面向软件故障注入的IMA软件灰盒测试技术，是前两项研究的延伸和扩展。5．IMA软件仿真测试环境研究。论文结合综合模块化航电软件特点分析的基础上，根据DO-178B的要求，综合国外的发展情况和国内的研究进展情况，研究综合模块化航电软件仿真测试环境需求，提出了面向软件故障注入的综合模块化航电软件灰盒仿真测试环境方案，并给出其框架设计。

【学位名称】博士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】刘斌

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