UUV航行控制中心系统软件可靠性技术分析

　航行控制中心软件系统是UUV的控制核心，其可靠性水平关系到UUV自身的安全、任务成功率及可靠性。本文介绍了航行控制中心软件可靠性设计措施，实际应用表明所采用的应对措施可有效提高航行控制中心系统软件的任务成功率，提高了UUV的可靠性。
　　【关键词】UUV 航行控制中心 软件可靠性设计
　　航行控制中心是UUV（Unmanned Underwater Vehicle，水下无人航行器）的控制核心及“思维大脑”，UUV的使命规划、航行姿态检测、航行控制、任务执行等功能的实现均由航行控制中心执行，航行控制中心可靠性水平较低将导致无人航行器失控沉没或丢失，造成任务失败及巨大的经济损失。
　　航行控制中心的可靠性是UUV可靠性水平的核心节点，目前UUV航行控制中心普遍采用嵌入式计算机系统，鉴于航行控制中心硬件设计较为成熟，而系统软件通常根据使命任务的不同而进行定制化设计。而软件的可靠性已成为武器装备的关键，以第四代飞机F/A-22为例，2003年的飞行试验显示大部分技术难关已经攻克，最后的遗留问题就是软件的不稳定性。此外，第四代飞机F-35的两个关键问题被确认为是软件问题。
　　为了保证现代装备的任务完成，保证装备的可靠性，必须对航行控制中心软件的可靠性提出明确的要求并加以考核，必须全面开展软件可靠性工作，否则将严重制约装备的研制，影响武器装备的交付和使用。
　　本文就UUV航行控制中心系统软件设计中的可靠性设计问题，从设计思想和软件技术实现两个方面来进行讨论。
　　1 UUV航行控制中心简介
　　航行控制中心是水下无人航行器的控制中心，其主要功能一般为：通过通信线路与UUV其他单元进行数据通信、控制各组成单元的信息交换，实时监测UUV的工作及航行姿态、控制执行机构执行相应动作，通过无线电、水声通信等通信方式与陆基、跟踪舰艇等指挥中心通信，接收控制中心的控制指令、反馈UUV航行状态等，并根据下发的使命任务自主控制航行姿态、自主航行、自主完成使命任务。一般UUV航路控制中心其与相关设备接口如图1所示。
　　航行控制中心软件一般采用模块化设计，可分为通讯子系统、UUV航行状态检测子系统、决策与控制子系统、数据支持子系统软件、应急处理子系统等。
　　2 航行控制中心软件可靠性设计
　　随着嵌入式计算机系统的广泛应用，软件可靠性设计已成为UUV等装备的关键。为了提高软件设计可靠性，在航行控制中心软件设计时应从软件需求分析、概要设计、详细设计及控制流程等方面进行详尽分析和通盘考虑，力求使软件控制系统具有完整性和鲁棒性，尽可能防止发生软件错误、崩溃。并应进行容错设计，尽量使航行控制中心软件检测到其他控制设备出现错误时进行处理。在此，对航行控制中心软件可靠性设计介绍一下几点措施：
　　（1）设计清晰简练的数据结构，数据类型尽量简化，数据量尽量减少，降低软件系统的复杂性和编程出错的可能性。
　　（2）航行控制中心与各功能设备之间的通信数据应采用通信协议校验方式，防止通信结果受到电磁干扰等原因出错。
　　（3）各控制器模块之间的通信，采取等待超时跳出的方式，防止通信失败使程序陷入死循环。
　　（4）设置看门狗程序，门狗复位信号写在程序主循环之中而不是写在中断服务程序中，可同时防止主程序和中断程序跑飞，当软件死机后可通过看门狗复位使软件恢复运行。
　　（5）在检测到漏水报警等设备故障状态时，采用多次确认的方式，防止电磁干扰信号或设备虚警对软件功能的影响。
　　（6）采用软件陷阱，给没有程序代码的ROM存储空间烧写0xFF，使程序跑飞到有效代码区以外时能返回重新开始运行；
　　（7）对重要但无法检测的执行机构控制器采用程序复执，如紧急状况时UUV上浮指令连续执行多次，确保执行；
　　（8）设计人员应详细分析航行控制中心系统中所有UUV航行及使命任务执行过程中可能出现的运行状态，使软件能最大限度覆盖所有这些运行状态；
　　（9）重要数据备份，UUV对使命任务进行储存备份，航行过程中随时记录和备份当前航行状态和控制指令，当软件经过严重故障在航行时重启程序可根据备份数据及导航设备等航行状态等信息继续航行执行任务。
　　4 结论
　　本文在介绍UUV航行控制中心功能及组成后，介绍软件可靠性设计措施。经过某型UUV多次试验，证明了所介绍的可靠性设计措施可有效提高该UUV航行控制中心软件可靠性，确保了任务的完成并有力保障了UUV的安全。
　　参考文献
　　[1]龚庆祥.型号可靠性工程手册[M].北京：国防工业出版社，2007.
　　[2]赵嘉媛，李强兵.UUV航行控制中心可靠性设计[J].电子世界，2014，6（1）.
　　[3]何伟国.软件可靠性[M].北京：国防工业出版社，1998.
　　[4]刘歌群，卢京潮，闫建国.测控仪表非易失性数据存储的软件设计[J].计算机应用，2003，23（5）：86-88.
　　[5]刘歌群，刘卫国等.民用无人机飞机控制器可靠性设计[J].计算机测量与控制，2005，13（2）：135-137.
　　作者简介
　　李强兵（1985-），硕士学位。现为中国船舶重工集团第七一〇研究所工程师。研究方向为机器人设计、可靠性管理。