Оцінювання якості програмного забезпечення фільтрації цифрового сигналу в реальному часі для систем критичного призначення

Abstract

Стаття присвячена розробленню методів і засобів уніфікованої оцінки якості програмного забезпечення фільтрації цифрового сигналу як параметричної інформації в реальному часі для систем критичного призначення. Був досліджений клас програмного забезпечення автоматизованих систем контролю польотів літальних апаратів, як типових представників систем критичного призначення, що потребують обов’язкового проходження атестації та сертифікації на відповідність початковим вимогам якості. Програмні системи контролю вирішують загальні задачі відтворення контрольованої параметричної інформації (візуалізації параметрів польоту), контролю виходів параметрів об'єкта за обмеження (допускового контролю), контролю якості функціонування об'єкта та фільтрацію параметричної інформації. Особливо важливою, хоча і невеликою за обсягом, є підсистема фільтрації. Підсистема фільтрації виконує задачі аналізу параметричної інформації польоту, видалення викидів, викривлень, шумів та наближення ділянок спотвореної інформації датчиків до достовірних значень з метою подальшої обробки цієї інформації іншими підсистемами, які не можуть коректно виконувати свої функції без попередньої якісної фільтрації. В процесі аналізу виявлено, що для забезпечення зручності виконання експертної оцінки, необхідно якісно виконувати задачу фільтрації польотної інформації в реальному часі, тобто в процесі її оброблення. Наслідки низької якості та помилкові результати роботи базових підсистем, що оцінюють стан об'єкта контролю, можуть привести до катастрофічних наслідків а тому проблема підвищення безпеки функціонування об'єктів, контрольованих за допомогою автоматизованих систем контролю є завжди актуальною. Одним із шляхів досягнення цієї мети є забезпечення необхідного рівня якості основних підсистем, що особливо важливо під час експлуатації систем критичного призначення. Відомі методи оцінювання якості програмного забезпечення фільтрації використовують різну аксіоматику та різні критерії в процесі вибору множини показників якості. В них, також, не обґрунтовується вибір метрик та мір. Тому для цифрових фільтрів, що обробляють масиви векторів стану об’єкта контролю по кожному параметру, слід використовувати уніфіковану оцінку з обов’язковим визначенням базових характеристик та атрибутів методів фільтрації, що порівнюються. Для цього пропонується застосувати формалізовану оцінку на основі моделі якості сучасного стандарту ISO/IEC 25010 з групи стандартів SQuaRE. Наукова проблема, що досліджена та вирішена у статті, полягає в забезпеченні повноти і адекватності моделі якості програмного забезпечення підсистеми фільтрації вимогам до неї та конструктивності і достовірності методів оцінювання уніфікованих характеристик і властивостей якості, що входять до моделі. Побудована модель якості адекватна вимогам до програмного забезпечення фільтрації і містить сукупність обраних характеристик, критеріїв відповідності та метрик, що дає можливість отримати уніфікований метод оцінювання рівня якості для різних фільтрів сімейства Калмана, а також інших цифрових фільтрів та обрати більш ефективний та точний фільтр для підсистеми фільтрації з декількох конкуруючих, що підвищує достовірність програмних систем контролю та безпеку функціонування літальних апаратів. Створена в статті модель якості програмного забезпечення фільтрації була застосована для порівняння і отримання оцінок якості адаптивних фільтрів Калмана та αβ-фільтра, які найбільш часто використовувані на практиці для вирішення задач фільтрації траєкторних і навігаційних параметрів літальних апаратів. Уніфіковану модель якості за аналогією можна досить легко модифікувати, адаптувати і використати для оцінювання рівня якості програмних компонентів фільтрації цифрового сигналу в інших споріднених областях, особливо в предметних областях, де функціонують критичні програмні системи, для яких стан об’єкта контролю оцінюється на основі параметричної інформації датчиків або вимірювальних приладів.