Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ИСПЫТАНИЙ
КА СВЯЗИ И НАВИГАЦИИ .11
Особенности автоматизации испытаний КА связи и навигации 11
Актуальность задачи исследования 16
Постановка задачи исследования 20
Выводы но главе 26
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА
ИСПЫТАНИЙ, РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ИСПЫТАНИЙ
КА СВЯЗИ И НАВИГАЦИИ 27
2.1 Исследование и формализация процесса испытаний 27
Параметры функционирования 28
Управляющие воздействия 33
Процесс функционирования 37
2.2 Разработка методов построения ПО автоматизации испытании КА связи и
навигации 43
Разработка метода построения программного обеспечения автоматизации испытаний 43
Разработка метода построения структурного редактора 51
Разработка метода построения интерпретатора циклограмм 58
2.3 Выводы но главе 64
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО
ЯЗЫКА ИСПЫТАНИЙ 66
3.1 Определение требований и разработка структуры языка 67
Определение требований 67
Синтаксис 69
Структура языка 70
Области действия и программные единицы 78
Механизм подпрограмм 80
Правила передачи параметров в циклограмму 81
Структурные конструкции 83
3.2 Разработка множеств базовых понятий языка 84
Базовое множество операций языка 84
Базовые множества реакций и алгоритмов дежурного контроля 87
Базовое множество пер ем енных . 88
3.3 Выводыпо ГЛАВЕ 90
ГЛАВА 4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
АВТОМАТИЗАЦИИ ИСПЫТАНИЙ 91
Обоснование выбора моделирующего средства 91
Моделирование программного обеспечения автоматизации испытаний 94
Разработка модели метода разделения функціональностей 95
Разработка модели функциональности редактирования 101
Разработка модели функциональности интерпретации 103
Разработка модели языка испытаний 105
Разработка модели структурного редактора циклограмм 111
Разработка модели интерпретатора циклограмм 117
4.3 ВБ1ВОДЫ ПО ГЛАВЕ 126
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .131
ПРИЛОЖЕНИЯ .139
Приложение 1. Диаграмма кооперации редактирования операции классов редактора
циклограмм 139
Приложение 2. Диаграмма прецедентов интерпретатора циклограмм 140
Приложение 3. Диаграмма состояний заявок в интерпретаторе циклограмм 142
Приложение4, Древовидное представление листинга циклограммы 144
Введение к работе
Актуальность работы. Современные космические аппараты (КА) связи и навигации представляют собой сложные автоматические комплексы. Новейшие спутники способны решать целый ряд прикладных задач. Развитие космических аппаратов идет по пути расширения их функционального назначения, усложнения применяемых и внедрения новых бортовых систем. Соответственно, возрастают требования ко всем этапам производства новых космических аппаратов. Один из заключительных этапов производства космической техники - этап комплексных электрических испытаний. Целью данного этапа является контроль функционирования как изделия в целом, так и отдельных его систем. Важность этапа в том, что на нем фактически контролируется правильность сборки изделия, проверяется логика функционирования его систем и компонентов. Идеология проведения комплексных электрических испытаний заключается в выдаче управляющих воздействий на объект контроля (ОК) и анализе параметров функционирования которые характеризуют состояние и поведение отдельных систем и всего космического аппарата в целом.
Следует заметить, что состояние космического аппарата может характеризоваться тысячами параметров. Управление изделием также включает тысячи команд. Динамика переходных процессов различных систем космического аппарата колеблется от долей секунд до суток. В некоторых случаях скорость принятия решений по управлению изделием должна быть мгновенной. Поэтому остается актуальной проблема автоматизации испытаний спутников связи и навигации.
В настоящее время системы автоматизированной подготовки и управления комплексными электрическими испытаниями широко
5 применяются на практике. Ключевым компонентом таких систем является
специализированный программный комплекс, который в первом
приближении состоит из: прикладного языка описания испытаний, редактора
и интерпретатора этого языка. На НПО ПМ для комплексных испытаний
применяется подобный программный комплекс ПРИС и язык испытаний
Диполь-5К.
Однако имеющийся уровень автоматизации вследствие возрастающей сложности систем и компонентов новых изделий, усложнения логики их функционирования характеризуется рядом проблем связанных с недостаточной эффективностью методов построения данных комплексов. Одной из главных проблем остается создание унифицированных, универсальных, расширяемых и эффективных программных комплексов.
Методы построения программного обеспечения (ПО) предназначенного для автоматизации испытаний КА связи и навигации должны обеспечивать:
Во-первых, единую технологию подготовки и проведения работ на различных аппаратно-программных комплексах относящихся к этапу электрических испытаний изделия в целом или отдельных систем изделия (требование универсальности, модифицируемости, расширяемости).
Во-вторых, требуемый уровень эффективности анализа параметров функционирования объекта контроля и упрощение выдачи управляющих
воздействий.
В-третьих, улучшение эффективности проведения испытаний за счет автоматизированного проведения сложных алгоритмов испытаний.
В-четвертых, упрощение доступа к информации испытаний, б целом упрощение автоматизированных процессов подготовки и управления испытаниями.
Таким образом, актуальной является задача исследования и разработки новых методов построения программного обеспечения автоматизации
испытаний спутников связи и навигации. Решение этой задачи позволит получить унифицированное, универсальное и расширяемое программное обеспечение, что повысит качество и эффективность данного этапа производства.
Целью диссертационной работы является разработка новых методов проектирования унифицированного, универсального и расширяемого программного обеспечения, повышающих качество и эффективность автоматизации испытаний спутников связи и навигации.
Задачи исследования состоят в следующем:
Провести анализ и формализовать процесс испытаний космических аппаратов связи и навигации.
Разработать метод построения универсального и модифицируемого программного обеспечения автоматизации испытаний.
Разработать метод построения унифицированного редактора циклограмм с эффективным представлением содержимого циклограмм.
Разработать метод построения интерпретатора циклограмм поддерживающего как параллельное, так и последовательное выполнение.
Разработать структуру и множество базовых понятий проблемно-ориентированного языка комплексных электрических испытаний.
Для подтверждения реализуемости программного обеспечения автоматизации испытаний построенного на основе разработанных методов, провести моделирование системы.
Методы исследования. В работе использован объектно-ориентированный анализ, методы построения и анализа алгоритмов, методы построения компиляторов и интерпретаторов, теории языков программирования, методы моделирования в UML.
Основные результаты:
1. Исследован и формализован процесс испытаний космических аппаратов.
Показано, что процесс функционирования характеризуется совокупностью параметров и управляющих воздействий.
Для построения ПО автоматизации испытаний разработан метод разделения функциональностей действий испытаний.
Для системы подготовки и проведения испытаний космических аппаратов разработан метод построения структурного редактора циклограмм. Разработан метод представления содержимого циклограмм в древовидном виде.
Разработан метод построения интерпретатора циклограмм поддерживающего как параллельное, так и последовательное выполнение.
На основе применяемого в настоящее время языка испытаний (Диполь-5К), для новой автоматизированной системы испытаний разработан расширяемый и модифицируемый проблемно-ориентированный язык испытаний космических аппаратов связи и навигации - Диполь-6.
Для подтверждения реализуемости системы построенной на основе разработанных методов проведено UML моделирование основных аспектов реализации ПО автоматизации испытаний.
Научная новизна. В работе получены следующие научные результаты, которые выносятся на защиту:
Разработан метод разделения функціональностей действий испытаний предназначенный для построения универсального и модифицируемого программного обеспечения автоматизации испытаний.
Разработан метод построения редактора циклограмм с новым методом представления листинга циклограмм в древовидном виде.
Разработан метод построения интерпретатора циклограмм, реализующего параллельное выполнение циклограмм, а также поддерживающего последовательное выполнение циклограмм испытаний.
4. Разработана структура и базовые множества понятий проблемно-ориентированного языка испытаний космических аппаратов связи и
навигации.
Значение для теории данной работы заключается в развитии методов проектирования программного обеспечения автоматизации испытаний КА связи и навигации.
Значение для практики и реализация результатов работы.
Разработанные методы внедрены в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-производственное объединение прикладной механики имени академика М.Ф.Решетнева» (НПО ПМ). Разработанные методы использованы в ходе создания для автоматизированной системы управления и информационно-телеметрического обеспечения (АСУИТО) «Раскат», системы подготовки и проведения испытаний состоящей из прикладного языка Диполь-6, редактора и интерпретатора циклограмм. Комплекс «Раскат» предназначен для проведения испытаний всех перспективных космических аппаратов разработки НПО ПМ. В частности для испытаний КА: «ГЛОНАСС-М», «ГЛОНАСС-К», «Луч-5А», «Экспресс-АТ» и др.
Кроме того, полученные в работе результаты используются в автоматизированной системе испытаний на ряде отдельных аппаратно-программных комплексов. В частности для испытаний КА «Гонец-М» и др.
Разработанный метод разделения функціональностей позволил оптимально и эффективно построить функциональные и структурные схемы редактора циклограмм и интерпретатора, ПО автоматизации испытаний в целом. Разработанная структура и базовые множества универсального прикладного языка испытаний, дают возможность построения специализированных языков испытаний, предназначенных для различных аппаратно-программных комплексов и объектов контроля. Структурный редактор циклограмм с древовидным представлением содержимого повышает эффективность подготовки испытаний, а интерпретатор,
9 поддерживающий как параллельное, так и последовательное выполнение
циклограмм, повышает эффективность автоматизированных испытаний.
Апробация диссертации. Основные положения диссертационной работы докладывались на VI Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск 2004), на шестой международной научно-технической конференции «Авиакосмические технологии» «АКТ-2005» (Воронеж 2005), на 4-й международной конференции «Авиация и космонавтика 2005» (Москва 2005), на IX международной научной конференции «Решетневские чтения», посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева (Красноярск 2005), на второй всероссийской научно-практической конференции творческой молодежи «Актуальные проблемы авиации и космонавтики» (Красноярск 2006), на XVII научно-технической конференции «Электронные и электромеханические системы и устройства» (Томск 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ, одна статья и 6 работ в материалах всероссийских и международных научно-практических конференций.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений. Список литературы содержит 106 наименований. Работа иллюстрирована 26 рисунками и содержит 18 таблиц.
В первой главе проведено описание проблемной области. Показаны характерные особенности и свойства автоматизированных систем испытаний космических аппаратов. Обоснована актуальность задачи разработки методов проектирования ПО автоматизации испытаний. Определены цель и задачи данного исследования.
10 Во второй главе проведено исследование и формализация процесса
испытаний космических аппаратов. Разработан метод построения
автоматизированной системы испытаний базирующийся на разделении
функционал ьностей действий испытаний. Показаны преимущества
использования структурного редактора проблемно-ориентированного языка.
Разработан метод представления листинга циклограмм в древовидном виде.
Разработан метод построения интерпретатора циклограмм, реализующего
псевдопараллельное выполнение циклограмм, а также поддерживающего
приоритетное выполнение циклограмм испытаний.
В третьей главе разработаны требования к проблемно-ориентированному языку испытаний космических аппаратов. Главный принцип состоит в том, что формирование языка испытаний должно быть основано на анализе проблемной области и принципах структурного программирования. Разработана структура языка. Разработаны множества базовых понятий положенные в основу универсального языка.
В четвертой главе проведено моделирование ПО автоматизации испытаний построенной на основе разработанных методов, с помощью универсального моделирующего инструмента UML. Разработаны диаграммы, которые моделируют ключевые аспекты реализации метода разделения функционал ьностей действий. Проведено моделирование основных аспектов реализации системы разработанной на основе предложенных методов.
