Автоматизация тестирования специального программного обеспечения формирования картографической информации в системах электронной индикации на борту летательного аппарата

УДК 004.4

Т. С. БОРИСОВА, С. К. КИСЕЛЁВ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕСТИРОВАНИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНДИКАЦИИ НА БОРТУ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Рассматриваются вопросы тестирования специального программного обеспечения для формирования картографической информации в системах отображения пилотаэюю-навигационной обстановки на борту летательного аппарата. Описана система автоматического получения загрузочных тестовых примеров. позволяющая обеспечить в реальном времени идентичность борта и его отладочного имитатора.

Ключевые слова: летательный аппарат, картографическая информация, программное обеспечение.

Современные системы отображения пило-тажно-навигационной обстановки представляют экипажу самолёта самую разнообразную информацию: пилотажную и навигационную, о метеообстановке, о рельефе местности и об угрозе опасного сближения с землёй, информацию о наличии воздушных судов в окружающем пространстве и угрозе столкновений с ними, а также рекомендации на маневрирование. Одним из наиболее сложных и комплексных видов информации является картографическая. В настоящее время используются три типа цифровых карт:

- оцифрованные карты;

- базы данных географических координат;

- гибридные карты.

Оцифрованные карты получают из обычных бумажных путём сканирования. При этом электронная карта получается растровой, т. е. является копией оригинала с точностью до элемента (пикселя) сканирования. Затем с помощью операции трассировки или ручной отрисовки получают векторную карту. Далее каждому объекту карты ставится в соответствие информация двух видов: геометрическое и атрибутивное описание объекта.

Преимущество растровых карт - это высокая скорость их изготовления и «узнаваемость». Основной недостаток заключается в невозможности их модификации. Вторым недостатком растровых карт является довольно-таки большой объём занимаемых данных.

Векторные карты доступны для модификации, векторные данные занимают меньший объём. Основное достоинство векторных карт - их

О Т. С. Борисова, С. К. Киселёв, 2008

масштабируемость, причём в зависимости от масштаба могут быть доступными только определённые слои векторов. Единственное требование - точность привязки, поскольку точность навигации зависит от точности привязки на оцифрованной карте. Теоретически точность привязки растровой и векторной карт одинакова и сравнима с бумажной эталонной картой.

Гибридные карты - это комбинации оцифрованных карг и цифровых баз данных географических координат объектов на карте. Такими объектами являются: пункты маршрута, радиосредства, взлетно-посадочные полосы, аэродромы, зоны управления воздушным движением, воздушные трассы и т. п. За счёт использования дополнительной информации о координатах объектов, занесённых в базу данных, гибридные карты обладают более высокой точностью, чем просто оцифрованные. Цифровые карты в авиации применяются как для навигации, так и для просмотра любых других участков местности, что даёт возможность пилоту, например, проложить курс.

Для изображения навигационных элементов на карте принята стандартная символика. Вся информация о навигационных элементах собирается в электронную навигационную базу данных, состав которой регламентируется стандартом А1ШС 424.

Представление цифровой карты и дополнительной информации на индикаторе в соответствии с местом и условиями полёта является одной из функций специального программного обеспечения (СПО) бортового измерительно-вычислительного комплекса.

Учитывая сложность и ответственность задач, решаемых СПО, весь процесс его разработки делится на ряд этапов: разработка требований к СПО, разработка проекта СПС), программирование, интеграция модулей, интеграция СПО и аппаратуры. Выполнение каждого этапа сопровождается соответствующей документацией (требование к системе, требование к СГЮ, проект СПО, коды модулей, коды блоков СПО системы) и проводится верификация СПО - проверка соответствия программного обеспечения тому, что требовалось получить на данном этапе. Верификация включает как просмотр разработанных документов, так и тестирование СПО.

При этом используются тесты двух видов:

1) тесты, проверяющие способность компонента СПО выполнять функции, предписанные требованиями этому компоненту;

2) тесты, основанные на структурных особенностях СПО (правильность реализации всех ветвей алгоритмов работы и интеграции модулей

СПО).

Тесты второй группы необходимы для полного охвата контролем всег о создаваемого СПО.

Исходными материалами для разработки СПО являются требования к системе в целом -техническое задание, протоколы взаимодействия с сопрягаемыми системами.

После разработки для стендовой проверки СПО должны быть реализованы реальные условия борта, необходима система - имитатор борта летательного аппарата, которая в условиях стенда обеспечивает имитацию реальной бортовой системы, например, вычислительной системы самолётовождения (ВСС). Основная проблема при стендовом тестировании - это обеспечение идентичности борта и имитатора в реальном времени, в полном объёме.

Разработка и тестирование СПО, отвечающего за формирование картографической информации на индикаторе, также проводится в полном соответствии с данными требованиями.

Документ АИГЫС 424 вводит рекомендуемые авиационные стандарты для подготовки файлов справочной информации для бортовых навигационных систем. Информация, записанная в этих файлах, предназначена для обработки бортовыми вычислителями. Подготовку навигационных данных можно представить в виде процесса, состоящего из 4-х этапов.

Первый этап заключается в создании банка данных.

Второй - заключается в учёте эксплуатационных требований отдельных авиакомпаний.

Третий этап заключается в адаптации данных к операционным системам навигационный вы-

числителен.

На заключительном этапе создаются хранилища, содержащие обработанные данные.

В банках данных содержится мировая навигационная справочная информация, получаемая как из открытых источников (ИКАО, государственные учреждения и т. д.), та к и от организаций, эксплуатирующих навигационные системы. Банки могут создаваться и заполняться либо прав ител ьствен н ы м и у ч р еж д е ниями, м еж д у народными организациями, либо коммерческими структурами, либо теми и другими вместе.

Например, наиболее известны следующие поставщики навигационных баз данных: JEPP, LIDO, EAG, ЦАИГА. Поставщики обычно предоставляют базу в наиболее распространённом текстовом формате.

Для пояснения принципа формирования входных тестовых массивов в комплексе с программами тестирования СПО рассмотрим, например, общую структуру навигационной базы данных по ARING 424.

Навигационная информация в базе данных размещена по разделам и подразделам. В каждой строке базы имеется 132 информационных полей (расположение данных по полям строго регламентировано в соответствии с разделами и подразделами и приведено в стандарте ARFNC 424). Основные разделы/подразделы базы данных: навигационные средства, маршрут, аэродромы, трассы авиакомпаний,

воздушное пространство специального назначения, таблицы.

В разделе «Навигационные средства» содержится информация по следующим навигационным средствам: навигационные средства диапазона очень высоких частот - ОВЧ (VOR - Ver}' High Frequency Omnidirectional Radio Range, VOR/DME - Distance Measuring Equipment, ILS-Instrument Landing System, MLS-Microwave Landing System, TACAN - Tactical Air Navigation и др.)? навигационные средства - отдельные приводные станции - ОПРС (низко- и среднечас-тотные ОПРС и некоторые морские радиомаяки, определённые в схеме маршрута).

В разделе «Маршрут» содержится информация по следующим элементам: промежуточные пункты маршрута, маркер авиатрассы, схемы полёта в зоне ожидания, воздушные трассы, ограничения воздушных трасс, средства связи.

В разделе «Аэродромы» содержится информация по следующим элементам: контрольные точки, районы входа, контрольные точки аэроузла, стандартная схема вылета по приборам (SID), схемы стандартного маршрута прибытия

(STAR), схемы захода на посадку, взлетно-посадочная полоса, курсовой радиомаяк, микроволновая система посадки, маркеры курсового маяка, минимальная высота сектора, средства связи, ОПРС аэроузла.

Пример расположения навигационных данных непосредственно для конкретного раздела -раздела «Навигационные средства ОВЧ» приведён в таблице 1.

Система ВС С передаёт системе отображения картографической информации навигационную информацию в соответствии с AR1NC 702А для построения карты.

Общую схему проведения тестирования можно представить в следующем виде, представленном на рисунке 1.

Как уже упоминалось, основная проблема при тестировании на стенде - это обеспечение идентичности борта и имитатора в реальном времени, в полном объёме.

Следовательно, формирование реальных корректных тестовых примеров наиболее валено при проведении тестирования.

Имитатор начинается со среды тестирования. Ею может являться как стандартный программный пакет, так и разработанный специализированный пакет, который обеспечивает функциональные потребности стенда.

В любом случае среда тестирования наряду с протоколом взаимодействия с системой ВСС диктует формат загрузочных массивов тестовых примеров.

ВСС поставляет информацию в чередующихся блоках из 64 слов фоновых и динамических данных. Максимально массив фоновых данных может быть запрограммирован с количеством слов до 1024. Фоновые данные для каждого элемента карты расположены в своих группах, которые имеют свой восьмеричный адрес.

Например, информация о настроенных АРК (автоматический радиокомпас) в соответствии с протоколом имеет следующий перечень:

Адрес 244,

cp, X - координаты АРК;

наименование;

частота.

Данное расположение информации в соответствии с протоколом взаимодействия с системой ВСС диктует строгое следование информации во входных тестовых массивах картографической информации.

Входной информационный массив в текстовом формате представляется в виде двумерного массива. Картографические параметры в двумерном массиве расположены следующим образом:

330 2 56.0106 37.657 0.1 0 0 0 0 #CI25R 0 0 55.986 37.502 20.3 0 0 0 0 #AD

Первый столбик содержит восьмеричный адрес для каждой группы, во втором расположено

Таблица I

Колонка Имя поля

1 Тип записи

2-4 Код пользователя/зоны

5 Код раздела

6 Код подраздела

7- 10 Идентификатор аэропорта ИКАО

11-12 Код ИКАО

13 Пробел

14-17 Идентификатор VOR

18-19 Пробел

20-21 Код ИКАО

22 Номер записи продолжения

23-27 Частота VOR

28-32 Класс нав. средства

33-41 Широта VOR

42-51 Долгота VOR

52-55 Идентификатор DME

56 - 64 Широта DME

65-74 Долгота DME

75-79 Склонение станции

80-84 Превышение DME

85 Чувствительность

86-87 Смещение ILS/DME

88-90 Защита частоты

91-93 Код исходной точки

94-123 Название VOR

124- 128 Номер записи файла

129-132 Дата цикла

количество элементов данной группы, в последующих столбцах по порядку в соответствии с протоколом взаимодействия расположены навигационные параметры для каждого элемента.

Из приведённого выше примера видно, что порядок и состав навигационных параметров в протоколе взаимодействия с ВСС отличается от порядка и состава навигационной базы данных.

Следовательно, необходимо определённым образом формировать загрузочный массив навигационной информации в соответствии с протоколом с ВСС из навигационной базы данных. Для выполнения данной операции разработана система автоматического получения загрузочных тестовых примеров, представляющая собой совокупность базы данных и программы на языке VB', реализованных в программном пакете MS Access.

В рабочую базу данных загружается общесамолётная база данных. Далее с помощью систем запросов и программ автоматически получается загрузочный тестовых массив входных навигационных данных.

Рис. 1. Схема тестирования СПО

*4|сл«1о11 Ассян

Выберите Сх• му ${0. 5ТАЯ £]

КЯИ АЯРР^ КЛИКИ уз Ий 456 оСознаУвнии

Выберите аэродром, кликнув на названии

Разделы

Выберите подраздел» кликнув на обозначении нужного варианта Подраздел Содержание

гг-и-йпкти- "—;—г'!

Г^ыочлгЧХсап

Получить данные

ЦЫГ

Т </* С-оо-Д! {МсюхД чу,

Рис. 2. Интерактивный интерфейс системы формирования тестовых примеров

Для удобства работы с автоматизированной системой разработан наглядный интерфейс, который содержит интерактивные формы (рис. 2).

Запросы отсортировываю! навигационную базу данных по разделам и подразделам, а также по схемам: маршрут, схема захода на посадку, взлёт и т. д.

Полученный входной тестовый массив обра-баты вается тесто вы м и п рограм мам и, которые форматируют и выдают навигационные данные но кодовым линиям в индикатор. Далее визуально происходит сравнение отображённых картографических форматов с реальными навигационными картами из навигационных сборников.

Разработанная автоматизированная система получения входных тестовых массивов в ком-

плексе с програм мам и тестирован ия обеспечивают идентичность борга и имитатора в реальном времени. Она проста в обращении и повышает эффективность и производительность-стендовых проверок, так как значительно экономит время получения реальных загрузочных тестовых массивов.

ООО&ООООООФФООООЭООО

Борисова Татьяна Сергеевна, инженер ОАО «УКБП», аспирант кафедры И UK УлГТУ. Киселёв Сергей Константинович, доктор технических наук, заместитель проректора по научной работе ГОУ ВПО УлГТУ, E-mail: ksk@ulstu.ru.

УДК 621.224-523.3

А. Н. ШЛАМБИРОВ, М. Ю. СОРОКИН

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ГИДРОАГРЕГАТА И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОТУРБИНОЙ

С целью проведения математического моделирования системы автоматического управления гидроагрегатом разработаны математические модели сервопривода направляющего аппарата, сервопривода рабочего колеса и 4-лопастиой турбины Головного гидроагрегата Зарамагской ГЭС.

Ключевые слова: гидроагрегат, гидротурбина, система автоматического управления.

В настоящее время в России на действующих ГЭС используются системы регулирования и управления электрогидромеханического типа, которые практически выработали свой ресурс и требуют замены. В связи с развитием электроники и вычислительной техники, созданием новых программных продуктов целесообразно использование электронных средств регулирования. Для перехода на более качественную ступень регулирования необходимо создание новых математических моделей г идроагрегатов и систем управления к ним, которые бы учитывали множество факторов, влияющих на качество процесса управления в соответствии с нормами международной электротехнической комиссии, в частности, «Международного руководства по испытанию регуляторов частоты вращения для гидравлических турбин» ¡1]. Проведение математического моделирования позволяет избежать многочисленных испытаний на объекте, сократить время пуско-наладочных работ за счёт того, что функционирование системы автоматического управления (САУ) отлаживается при математическом моделировании и при полунатурном моделировании.

СО А. Н. Шламбиров, М. Ю. Сорокин, 2008

На рис. 1 приведена структурная схема замкнутой системы: САУ на основе ошибки АГ между заданной частотой вращения (зад и частотой вращения турбины гидроагрегата (ГА) формирует уставку Буст по положению штока сервопривода направляющего аппарата (СП ПА), регулируя тем самым подачу воды на турбину, а, следовательно, изменяя частоту вращения ( последней. На основе уставки 8уст по положению штока СП НА формируется комбинатором уставка фуст поворота угла лопастей рабочего колеса, которая подаётся на сервопривод рабочего колеса (СП РК). За счёт изменения угла поворота лопастей рабочего колеса увеличивается КПД турбины. В данном случае формирование управляющего сигнала Буст производится по ПИД-закону, который выбран как наиболее подходящий [2]. Сервоприводы НА и РК имеют местную жёсткую обратную связь. Большинство механических регуляторов имеют изодромную характеристику. Предлагаемый регулятор обладает лучшими динамическими и статическими характеристиками по сравнению с механическими регуляторами.