上海交通大學提出智能船艇測試驗證方法

針對智能船艇的技術特點，上海交通大學海洋智能裝備與系統教育部重點實驗室提出智能船艇測試驗證方法：構建模型在環測試、軟件在環測試、硬件在環測試、實船驗證環節，通過真實件與仿真件之間的逐一替換，逐步完成船艇的測試驗證工作。

表 智能船艇測試驗證方法

1、模型在環

Model in the Loop, MIL

模型在環測試主要服務于新控制算法策略的探索開發，主要參與對象一般為企業新技術的研發人員或學術機構研究人員。除了數理層面上的推導分析外，模型驅動的開發及仿真環境主要有MATLAB/Simulink、C/C++、Python等，主要為動態腳本語言，開展白盒測試便于遇到問題時快速進行修改。當然，MIL測試的前提是要有被控對象模型，如描述船艇操縱運動的Abkowitz方程或MMG方程。

2、軟件在環

Software in the Loop, SIL

船艇智能系統軟件開發人員將經過模型在環測試的策略算法/軟件，使用C/C++等編譯型語言進行轉換開發，得到鏈接庫或可執行文件形式、命令行或圖形交互界面的軟件后，輔以合適的軟件配置參數，即可進行軟件在環測試。軟件在環測試采用黑盒測試，主要驗證的是控制器的模型與代碼實現之間的一致性。通過使用基于數據驅動的驗證平臺，可以通過靈活設立邊界條件、加大運算負荷、提升計算精度、限制計算資源等方式及早發現控制器算法和代碼實現中存在的隱患，進一步檢驗極端參數環境下控制器算法及應用軟件的可靠性及優越性。該環節的典型測試對象有：避碰算法軟件、感知信息多元融合處理軟件、自動舵控制軟件等。

3、硬件在環

Hardware in the Loop, HIL

硬件在環測試，又稱半實物測試，是將船艇智能系統中需要測試的部分硬件直接置于仿真回路中的測試系統，它不僅彌補了純數字仿真中相關硬件仿真模塊精度較低等缺陷，提高了整個測試系統的置信度，而且可以大大減輕編程的工作量。測試時，基于物理數據環境或試驗臺環境的驗證平臺與實際硬件通過各種信息通道相連，共同完成測試仿真工作，并將測試仿真結果在電腦中進行分析，從而判斷硬件的運行情況。應用硬件在環測試使仿真條件更接近于實際情況，更能正確地對設計出的硬件系統性能進行檢驗和調試，有利于開發新型硬件系統和算法，減少現場調試次數。該環節的典型測試對象有：嵌入式工控機、光電跟蹤設備與計算顯卡等。

4、實船驗證

Sea Test, ST

復雜海洋環境將對智能船艇效能產生較大影響。例如，在我國首次實海況下智能船艇競賽2019“海上爭鋒”中國智能船艇挑戰賽中，參賽船艇出現了諸如因水面反光導致目標檢測虛警、波浪抨擊導致跟蹤目標頻繁丟失、甲板上浪導致光學識別失效等智能算法應用問題，導致任務失敗。因此，船艇智能系統即使通過了模型在環、軟件在環及硬件在環測試，在投入工程應用前，實船驗證環節不可或缺。該環節由裝備采購部門或無人艇總體集成單位提出請求，由具有測試服務資質的第三方機構，依據智能船艇任務需求在實海域測試場中構建任務場景，開展完備的系統兼容測試驗證。