基于模型的飞控机载软件测试用例自动生成技术研究

摘要

随着科技的不断发展，无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的应用日益广泛，其功能也越来越复杂，因而对无人机的硬件与软件系统的要求也越来越高。作为无人机软件系统的核心，飞控机载软件运行的安全稳定性是无人机完成复杂任务的基础保障，而无人机飞控机载软件的测试工作则是保证其能够安全稳定运行的重要手段。测试用例的自动生成可以有效的提高测试效率以及测试效果，并减少人为错误的产生。因此研究飞控机载软件的测试用例自动生成技术并实现自动测试工具具有极为重要的现实意义与应用价值。 本文以基于模型的设计与软件开发方法为背景，以成都某飞机设计研究所的某无人机飞控机载软件模型为研究基础，对多种测试用例自动生成方法进行对比分析。在现有贪婪算法的基础上结合蚁群算法，通过对其适应度函数进行优化以及算法参数调优之后，获得了精简的组合测试用例集。在此基础上集合航空软件要求，添加了逻辑覆盖测试用例。最终以生成方法为核心，构建了适用于模型测试流程的测试工具，并应用于实际飞控机载软件模型的测试工作中。具体研究过程为： 首先，分别对几种测试用例生成方法进行对比研究，比较了各类算法的优劣，并据此提出了一种基于蚁群算法的组合测试用例生成方法，首先对算法中的信息素更新机制与适应度函数进行改进，并在参数调优之后将该方案与其他算法进行对比实验，通过实验证明该方法能够生成更加精简的组合测试用例集。随之，对航空软件测试关心的逻辑覆盖测试进行了研究，探索出了能够对组合测试用例集补充生成MC/DC逻辑覆盖测试的用例生成方法。 其次，使用M语言设计实现了一套符合基于模型软件开发流程的可视化测试工具。该工具主要包括测试用例与模型读取功能、测试用例生成功能、测试用例管理功能、测试用例自动执行与报告生成功能，最后将该工具打包发布为MATLAB内的APP，方便安装与工具的版本管理。 最后，论文应用测试用例自动生成工具，以某无人机飞控机载软件模型为被测对象，搭建实验环境，最终得到了优于手工编写用例的覆盖率结果，同时测试工具的功能也得到了验证。 综上所述，本文经过理论研究到测试工具实现，再到最后阶段飞控机载软件模型的搭建以及测试、验证，证明了本文所提研究方法的科学性、有效性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文结构安排

第二章 相关理论与方法研究

2.1 基于模型的软件开发与测试流程

2.2 航空软件开发与测试

2.3 组合测试方法

2.3.1 贪婪算法

2.3.2 启发式搜索算法

2.3.3 数值方法

2.3.4 组合测试方法对比分析

2.4 本章总结

第三章 飞控机载软件测试用例生成方法研究

3.1 飞控机载软件组成与参数变量分析

3.2.1 改进的蚁群算法应用于组合测试

3.2.2 蚁群算法中用例适应度函数的改进

3.2.3 改进的蚁群算法的参数调优

3.2.4 改进算法的对比实验与结果

3.3 逻辑覆盖的测试用例生成方法

3.3.1 逻辑覆盖准则与覆盖率计算方法

3.3.2 MD/DC覆盖测试用例生成方法

3.3.3 MC/DC测试用例补充生成方法

3.4 本章总结

第四章 飞控机载软件测试用例自动生成工具的设计与实现

4.1 飞控软件测试工具软件总体需求分析与设计

4.2 测试工具模块划分及详细设计

4.2.1 模型与测试用例读取模块

4.2.2 测试用例自动生成模块

4.2.3 测试用例管理模块

4.2.4 测试用例自动执行与报告生成模块

4.3 工具的打包与发布

4.4 本章总结

第五章 飞控机载软件测试与工具验证

5.1 测试环境搭建

5.1.1 飞控机载软件Simulink模型搭建

5.1.2 模型测试执行平台搭建

5.2 飞控机载软件Simulink模型的测试

5.2.1 测试用例工具验证

5.2.2 控制律模型覆盖率对比分析

5.3 结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果