基于蒙特卡洛法的无人机控制律测试场景研究与实现

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作为无人机飞控系统的核心,控制律的质量好坏是保证飞机正常工作的关键,因此,对飞行控制律进行试验是确保其安全、稳定的重要手段。在以往的机载软件测试上,人们更多的关注点在于软件本身的测试,即对软件的功能和性能进行测试,而针对实际的飞行场景测试研究较少。因此,对飞行场景的测试用例的自动生成技术进行研究有重要现实意义。本文以航空软件的测试作为研究背景,以DO-178B机载系统和设备认证中的软件注意事项为标准对机载控制律软件进行测试。软件测试的目标是用最少的测试用例实现最高的用例覆盖率。首先,根据飞行阶段对无人机不同的飞行场景进行划分,并对飞行参数进行分析和处理;其次,为模拟飞行过程输入数据的随机性,研究随机数的生成方法并检验随机数的质量;最后,对现有的组合测试用例生成方法进行对比,选取蚁群算法并根据软件测试需求改进组合用例生成算法,并添加MC/DC逻辑覆盖测试用例。以测试用例生成算法为核心设计了测试用例自动生成工具,并应用于实际飞行控制律模型的覆盖率验证。主要研究内容如下:(1)对飞行场景进行划分,主要分为基准飞行场景、特殊飞行场景和失效飞行场景,对不同场景下控制律的输入参数进行分析和处理,分析随机数的生成过程,为组合测试用例的生成提供数据输入。(2)对常用组合用例生成算法进行对比,提出改进的蚁群算法,在蚁群搜索过程中加入动态启发信息增强蚂蚁的局部搜索能力,提高算法生成用例的质量。与对其他组合用例生成算法进行对比分析,改进的蚁群算法更适用于航空软件的参数组合测试。研究了MC/DC逻辑覆盖测试用例的生成方法。(3)根据改进的算法设计测试用例自动生成工具,以某型固定翼无人机飞行控制律为被测对象搭建仿真模型,并通过多次蒙特卡洛仿真验证改进的算法生成的测试用例具有较高的覆盖率。
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