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原文传递组合导航系统应用软件可靠性研究

论文题名：	组合导航系统应用软件可靠性研究
关键词：	组合导航系统;软件可靠性;可靠性分配;软件测试;遗传算法;神经网络;容错技术
摘要：	随着人类进入信息时代，计算机作为最基本的信息获取和处理设备已经深入到人们生活的各个领域，人们对软件的需求越来越大，软件系统的复杂程度越来越高，软件产品的质量已成为越来越被关注的问题。软件可靠性是“软件质量”中一个最重要的固有属性，对整个计算机系统可靠性的影响十分突出。因此，对软件的可靠性设计、可靠性指标分配、软件测试、软件可靠性预测和评估的研究具有重要意义。现代导航技术是一项涉及精密机械、微电子、计算机技术、无线电技术、自动控制、光学等多种学科的综合技术。不仅在国防领域中占有非常重要的地位，而且在民用航空、航海等领域也有广泛应用。当前，依托计算机的组合导航软件已经成为导航系统的重要组成部分，如何提高组合导航系统软件可靠性、可维性和健壮性是当今导航领域的一个研究重点。本论文以某型舰艇综合导航系统为研究对象，研究了组合导航系统的组成及需求，针对舰船综合导航系统的特点，提出了组合导航软件的可靠性设计方案及容错设计方法。软件可靠性指标分配是软件可靠性研究的重要问题之一。通过对软件复杂度、强度及重要度的分析，充分考虑了实时多任务软件的特殊性，提出了基于任务模块的软件可靠性分配模型，并给出了实时多任务嵌入式软件可靠性指标分配工程实现。分析了开发费用与可靠性之间的关系，给出了基于开发费用的软件可靠性指标分配模型，研究了使软件可靠性指标满足设计要求的条件下，利用遗传算法解决开发费用最少的优化问题。并针对组合导航软件的各任务模块进行了可靠性指标分配。论文对软件测试技术及软件测试方法的检错能力进行了分析，在此基础上进行软件仿真测试环境设计。深入研究了实时嵌入式多任务软件的可靠性测试，设计了实时多任务组合导航应用软件的综合测试平台，构建了模拟仿真测试剖面，对检测出的故障进行了分类确认，通过修改、调试及回归测试完成组合导航应用软件的最终测试。这对提高组合导航应用软件的可靠性具有重要的实际应用意义。组合导航软件不同于普通软件，影响可靠性的原因是多方面的，本文分析了影响实时多任务控制软件可靠性的各种因素。对软件可靠性的评估及预测方法进行了深入研究，根据时实多任务软件本身的特殊性，各个任务在系统中具有不同的运行时间比例和不同的故障强度，而且任务模块在测试阶段处于运行状态的时间，常常要远远大于实际运行时该任务处于运行状态的时间，提出了基于任务模块的可靠性模型。同时，本文详细分析了采用神经网络进行软件可靠性预测及评估方法，选取恰当的神经网络结构、训练算法和训练数据对软件可靠性进行预测。以某一组合导航软件为例，根据软件的实测数据对多种评价及预测模型应用效果进行了比较。针对软件可靠性模型的不一致性，采用贝叶斯方法实现了多模型的自动混合、自动选择，以取得模型的稳健性、实用性和可靠性，使模型能可靠地应用于各种软件的可靠性工程实际。为进一步提高组合导航系统的应用软件的可靠性，组合导航应用软件的设计采用了两种容错设计方法：N-文本程序设计方法(NVP)和恢复块设计方法(RBS)，通过功能冗余来达到软件容错能力。提出了采用N-文本设计和恢复块设计进行软件容错后，组合导航软件可靠性模型及实用算法，通过实例分析验证了采用软件冗余设计的有效性。本文对组合导航软件可靠性的相关内容进行了深入研究，其目的是为了提高组合导航软件可靠性水平，从而使舰船导航系统的整体可靠性得到改善，保证舰船的航行安全，满足现代化战争的需要。
作者：	周卫东
专业：	导航、制导与控制
导师：	郝燕玲
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文