基于行为逻辑的平流层飞艇自动测试方法与流程

本发明属于临近空间平流层飞艇领域，涉及一种基于行为逻辑的平流层飞艇自动测试方法，特别适用于试验场开展平流层飞艇功能考核测试。

背景技术：

平流层飞艇是指依靠浮升气体提供静升力，依靠推进系统和控制系统实现操纵飞行，长期工作在平流层平均风速较小的高度范围，并执行特定任务的浮空类飞行器。平流层飞艇具有长期驻空、定点飞行以及全天候实时工作的能力，可广泛用于对地观测、区域预警、空间探测、遥感、通信中继等领域，具有不可替代的军事和民用价值。

一般而言，平流层飞艇系统由能源分系统、测控分系统、安控分系统、飞控分系统、结构分系统等构成。能源分系统为平流层飞艇系统提供电源供应，测控分系统一般由多个波段的视距链路和卫星通信链路构成，实现对安控指令、飞控指令等控制指令的上传以及艇上数据的下传。安控分系统实现应急情况下飞艇氦气的释放与结构囊体的切割，实现飞行试验时飞艇紧急着陆。结构分系统主要由囊体、安装于囊体上的各种传感器(温度传感器、压力传感器等)、风机与阀门等执行结构等构成。飞控分系统由飞控计算机、惯导单元等构成，与结构分系统一起实现对平流层飞艇的飞行控制。

平流层飞艇研制结束后需开展飞行试验以验证飞艇总体技术和开展相关应用。因平流层飞艇系统较为复杂，为保证飞行试验安全，试验前需在试验场开展飞艇分系统功能考核测试和全系统拷机测试以保证飞艇系统的工作可靠性。

目前，平流层飞艇飞行试验前系统测试多采用人工值守与判读模式，此种模式存在对测试人员依赖程度较高、自动化程度与测试效率较低的缺点。另外，飞艇系统研制时大多没有预留测试接口，给直接开展执行机构单元测试、分系统测试等带来一定困难。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种测试方法，满足试验场平流层飞艇系统功能测试需求。

为了实现上述目的，本发明提出一种基于行为逻辑的平流层飞艇自动测试方法，所述平流层飞艇的构成包括能源分系统、测控分系统、安控分系统、飞控分系统、结构分系统，所述测试方法包括如下步骤：

s1，通过对平流层飞艇分系统构成与功能分析，得出平流层飞艇控制行为逻辑；

s2，由平流层飞艇系统控制行为逻辑得到平流层飞艇系统主体行为逻辑；

s3，由平流层飞艇系统主体行为逻辑设计平流层飞艇系统测试行为逻辑；

s4，测试行为和测试流程设计

平流层飞艇测试行为包括飞艇试验阶段选择、飞艇测控链路选择、飞艇艇载控制计算机选择和飞艇执行机构选择；

测试流程由测试行为组成，首先进行飞行试验阶段选择，再进行飞艇测控链路选择，然后进行飞艇艇载控制计算机选择，最后进行飞艇执行机构选择；

s5，由平流层飞艇系统测试行为逻辑建立平流层飞艇试验场测试模式

测试程序发送测试指令，由中间指令转换软件转换成控制指令来控制飞艇系统地面主控计算机的模式；

中间指令转换软件由飞艇系统编制，功能是测试指令接收状态确认、测试指令与控制指令的转换、完成飞艇遥测数据帧格式转换并将转换后形成的飞艇状态数据转发给测试程序；

s6，根据平流层飞艇试验场测试模式设计试验场测试系统

试验场测试系统包括测试程序和辅助测试设备；测试程序的功能包括测试流程生成、测试指令数据帧生成、发送测试指令数据帧并读取测试指令接收状态数据帧、辅助测试设备控制、读取飞艇状态数据和辅助测试设备获取的数据，判断测试执行状态，给出测试结论；

s7，测试程序功能实现方式设计

s71，测试流程由测试行为组成，将测试行为编辑在文本文档中，形成测试流程文本文档；

s72，测试流程中测试行为定义设计

测试行为定义采用16进制字符的形式，测试行为定义编辑于文本文档中，形成测试行为定义文本文档；

s73，测试指令数据帧生成方式设计

测试指令数据帧生成采用读取测试流程文本文档与测试行为定义文本文档的方式；

s74，测试指令接收状态数据帧与飞艇状态数据帧格式设计；

s75，测试指令数据帧、测试指令接收状态数据帧、飞艇状态数据帧传输采用udp或tcp/ip协议；

s76，辅助测试设备控制

通过交换机与lan口实现远程控制。

进一步，能源分系统的构成包括能源管理器、储能电池组和太阳能电池组；

测控分系统的构成包括舰载测控设备、飞艇系统地面测控站和飞艇系统地面主控计算机；

安控分系统的构成包括安控计算机，飞控分系统的构成包括飞控计算机；

结构分系统的构成包括数据采集单元和执行机构，数据采集单元的构成包括温度传感器、压力传感器、惯导单元，执行机构的构成包括风机、阀门、电机、火工品切割装置。

进一步，步骤s1中得到的平流层飞艇控制行为逻辑如下：

数据采集单元将采集的飞艇状态数据传输给飞控计算机/安控计算机；飞控计算机将飞艇状态数据通过艇载测控设备以遥测数据的形式下传给地面测控站；飞艇系统地面主控计算机解析地面测控站接收的遥测数据，由遥测数据判断飞艇系统状态，并根据飞艇系统状态发送控制指令；飞艇系统地面测控站以遥控指令形式将控制指令上传给艇载测控设备；飞控计算机/安控计算机解析遥控指令，控制飞艇相关执行机构和设备作动；执行机构和设备作动后，飞艇状态改变。

进一步，步骤s2中平流层飞艇系统主体行为逻辑如下：

飞艇系统地面主控计算机解析测控分系统的遥测数据，判断飞艇系统状态，并根据飞艇系统状态发送遥控指令给飞控计算机或安控计算机以控制执行机构和设备作动。

进一步，步骤s3中平流层飞艇系统测试行为逻辑如下：

通过发送测试指令控制地面主控计算机和接收地面主控计算机转发的状态数据实现对飞艇系统的功能测试。测试指令根据飞艇系统测试行为形成。

本发明基于行为逻辑的平流层飞艇自动测试方法可实现对平流层飞艇系统功能的自动测试，其测试系统简洁，易于构建；具有较好的通用性，不依赖于具体飞艇系统技术特征；通过中间指令转换软件将飞艇测试指令转换为飞艇控制指令，保证了测试行为的安全性，避免直接控制飞艇系统可能造成的误操作；测试流程采用文本文档试前编写，缩短测试准备时间，提高测试效率。

附图及其简单说明

图1是平流层飞艇控制行为逻辑示意图。

图2是平流层飞艇主体行为逻辑示意图。

图3是平流层飞艇系统测试行为逻辑示意图。

图4是平流层飞艇测试总体行为流程示意图。

图5是平流层飞艇试验场测试模式示意图。

图6为具体实施方式中测试行为定义。

图7为具体实施方式中测试流程。

图8为编制的测试程序功能界面。

具体实施方式

一种基于行为逻辑的平流层飞艇自动测试方法，所述平流层飞艇的构成包括能源分系统、测控分系统、安控分系统、飞控分系统、结构分系统，能源分系统的构成包括能源管理器、储能电池组和太阳能电池组；测控分系统的构成包括舰载测控设备、飞艇系统地面测控站和飞艇系统地面主控计算机；安控分系统的构成包括安控计算机，飞控分系统的构成包括飞控计算机；结构分系统的构成包括数据采集单元和执行机构，数据采集单元的构成包括温度传感器、压力传感器、惯导单元，执行机构的构成包括风机、阀门、电机、火工品切割装置。艇载平流层飞艇设备集成于飞艇航电设备吊舱，传感器、风机、阀门、电机等数据采集单元与执行机构可于地面布设。

测试方法包括如下步骤：

s1，通过对平流层飞艇分系统构成与功能分析，得出平流层飞艇控制行为逻辑；

平流层飞艇控制行为逻辑可总结为图1所示的逻辑行为。温度传感器、压力传感器、惯导单元等数据采集单元将采集的飞艇状态数据传输给飞控计算机/安控计算机；飞控计算机将飞艇状态数据通过艇载测控设备以遥测数据的形式下传给地面测控站；飞艇系统地面主控计算机解析地面测控站接收的遥测数据，由遥测数据判断飞艇系统状态，并根据飞艇系统状态发送控制指令；飞艇系统地面测控站以遥控指令形式将控制指令上传给艇载测控设备；飞控计算机/安控计算机解析遥控指令，控制飞艇相关执行机构和设备作动；执行机构和设备作动后，飞艇状态改变。

s2，由平流层飞艇系统控制行为逻辑得到平流层飞艇系统主体行为逻辑；

如图2所示，飞艇系统地面主控计算机解析测控分系统的遥测数据，判断飞艇系统状态，并根据飞艇系统状态发送遥控指令给飞控计算机或安控计算机以控制执行机构和设备作动。

s3，由平流层飞艇系统主体行为逻辑设计平流层飞艇系统测试行为逻辑；由平流层飞艇系统主体行为逻辑可知地面主控计算机为其控制主体。因此，如图3所示，平流层飞艇系统测试行为逻辑为：通过发送测试指令控制地面主控计算机和接收地面主控计算机转发的状态数据实现对飞艇系统的功能测试。测试指令根据飞艇系统测试行为形成。

s4，测试行为和测试流程设计

平流层飞艇测试行为包括飞艇试验阶段选择(即地面、上升、驻空、下降四个阶段选择)、飞艇测控链路选择(即视距链路选择或卫星通信链路选择)、飞艇艇载控制计算机选择(即飞控计算机或安控计算机选择)和飞艇执行机构选择(即风机、阀门、电机、火工品切割装置等执行机构选择)；

测试流程由测试行为组成，总体测试流程如图4所示，首先进行飞行试验阶段选择，再进行飞艇测控链路选择，然后进行飞艇艇载控制计算机选择，最后进行飞艇执行机构选择；

s5，由平流层飞艇系统测试行为逻辑建立平流层飞艇试验场测试模式

如图5所示，测试程序发送测试指令，由中间指令转换软件转换成控制指令来控制飞艇系统地面主控计算机的模式；

中间指令转换软件由飞艇系统编制，功能是测试指令接收状态确认、测试指令与控制指令的转换、完成飞艇遥测数据帧格式转换并将转换后形成的飞艇状态数据转发给测试程序；

测试执行状态的判断依赖于测试程序解析中间指令转换软件转发的飞艇状态数据与辅助测试设备获取的数据。

此种测试模式有以下优点：因多家研制单位研发的多种型号平流层飞艇系统控制指令格式与遥测数据帧格式不一致，通过中间指令转换软件可适应多种型号平流层飞艇系统；可保证测试行为的安全性，避免试验场测试程序直接控制飞艇系统地面主控计算机可能造成的误操作。

s6，根据平流层飞艇试验场测试模式设计试验场测试系统

试验场测试系统包括测试程序和辅助测试设备；测试程序的功能包括测试流程生成、测试指令数据帧生成、发送测试指令数据帧并读取测试指令接收状态数据帧、辅助测试设备控制、读取飞艇状态数据和辅助测试设备获取的数据，判断测试执行状态，给出测试结论；

辅助测试设备包括频谱分析仪、功率计；

由平流层飞艇主体行为逻辑可知，飞艇测控分系统为连接飞艇艇载设备与飞艇系统地面主控计算机的关键节点，其包含uhf、l、s、c等多个视距通信链路与卫星通信链路，可采用天线、微波电缆与频谱分析仪等辅助测试设备监测飞艇测控链路切换状态与通断状态。

s7，测试程序功能实现方式设计

s71，测试流程由测试行为组成，按照图4所示的总体测试流程将将测试行为编辑在文本文档中，形成测试流程文本文档；

s72，测试流程中测试行为定义设计

测试行为定义采用16进制字符的形式，定义如表1所示，其中，飞行试验阶段选择以01～09来代表，飞艇测控链路选择以a0～bf来代表，飞艇艇载控制计算机选择以c0～cf来代表，飞艇执行机构选择以d0～ef来代表。测试行为的定义不局限于此，也可根据实际情况从00～ff顺序定义。测试行为定义编辑于文本文档中，形成测试行为定义文本文档；

表1

s73，测试指令数据帧生成方式设计

测试指令数据帧生成采用读取测试流程文本文档与测试行为定义文本文档的方式；首先读取测试流程文本文档中的测试行为，然后从测试行为定义文本文档中找出代表该条测试行为的十六进制字符，最后以该十六进制字符为数据段并在其前添加帧头、帧尾组成测试指令数据帧。测试指令数据帧格式如表2所示，包括帧头、数据段内容长度、数据段、帧尾(校验和)。

表2

s74，测试指令接收状态数据帧与飞艇状态数据帧格式设计；测试指令接收状态数据帧由中间指令转换软件在接收到测试指令后生成并发送给测试程序，帧格式如表3所示，以字节4代表测试指令接收状态，利用十六进制字符代表4种状态，01代表接收并执行成功，02代表校验错误，03代表条件不具备无法执行，04代表执行超时。飞艇状态数据由飞艇遥测数据生成，提取遥测数据中飞艇状态数据，由中间指令转换软件完成帧格式转换后发送给测试程序。飞艇状态数据帧格式如表4所示，由固定的帧头、数据段(飞艇状态)、帧尾(校验和)构成。

表3

表4

s75，测试指令数据帧、测试指令接收状态数据帧、飞艇状态数据帧传输采用udp或tcp/ip协议；

s76，辅助测试设备控制

辅助测试设备控制主要为频谱分析仪、功率计等台式仪器的控制。通过交换机与lan口实现远程控制，此种控制方式便于根据测试需求扩展控制的仪器。

下面结合具体测试实例，并对照附图1～5、表1-4对本发明的方法作进一步说明。

实施例一

待测平流层飞艇系统由北京某单位研制，测试在飞艇系统完成关键分系统集成的基础上开展,飞艇系统基于此方法编制了中间指令转换软件。利用本方法完成了飞艇北斗安控系统测试。

(1)北斗安控系统控制行为逻辑。飞艇地面主控计算机发送通过测控分系统中北斗终端以短报文形式发送安控指令；艇载飞控计算机接收到安控指令后控制阀门作动；阀门作动后，阀门状态数据由飞控计算机通过北斗终端下传给地面主控计算机。

(2)测试行为逻辑与测试模式。按照图2与图3所示实施，执行机构只涉及阀门。

(3)测试行为。飞行试验阶段选择为地面调试阶段；飞艇测控链路选择为北斗通信链路(其他链路关断)；飞艇艇载控制计算机选择为飞控计算机(该系统无安控计算机，可不选择)；飞艇执行机构选择为阀门。

(4)测试行为定义。根据表1，以十六进制字符代表，01代表地面调试阶段；a1，代表北斗通信链路开；e1，代表阀门开，e0代表阀门关。测试行为定义文本见图6所示。

(5)飞艇系统状态数据中第2字节代表阀门状态，a0代表阀门已关闭；a1代表阀门已打开。

(6)测试流程编辑。按照地面调试阶段、北斗通信链路开、阀门开、阀门关顺序分行录入文本文档，测试流程文本见图7所示。

(7)编写测试程序，测试程序界面如图8所示。辅助测试设备在本次测试中主要为频谱分析仪的控制，利用频谱分析仪与天线组成监测系统来监测测控分系统中链路的工作状态。

(8)利用此方法共发送100条北斗安控系统控制阀门开启/关断指令。测试过程中，辅助测试设备并未监测到视距通信链路信号，只监测到北斗终端发送短报文时发射的1.610ghz～1.626ghz范围内的微波信号。100条测试指令中控制阀门动作成功99条，北斗安控系统控制成功率大于98％，测试结论为合格。