利用BIT 技術提高雷達可靠性

沈顯照

( 中國電子科技集團公司第38 研究所，合肥 230031)

隨著現代雷達的發展，雷達功能不斷增強，系統的復雜性不斷提高，這對雷達系統的可靠性，可維護性和可操作性等技術指標提出了更高的要求。在雷達的研制過程中，對于可靠性可以采用一些有效的技術來提高，但由于元器件老化失效、外部環境劣化等各種因素的限制，可靠性不可能無限制地提高。作為雷達系統研制的一種優化方案，在雷達系統可靠性一定的前提下適當增加可靠的冗余設備和檢測設備，以便提高雷達的可靠性和可維護性，為此，現代雷達中進行了可測試性設計( DFT，design for testability)。在現有的DFT方案中，常用的有邊界掃描( BS，boundary scan)技術和內建測試( BIT，built-in test)技術［1］。前者常用于互連測試，后者側重于功能測試。具體來說，BIT 是提高電路系統可靠性并減少系統維護費用的關鍵技術。它通過附加在電路系統內的軟件和硬件對電路系統進行在線故障自檢測［2］。通過在系統中加入BIT，可以達到屏蔽故障影響、提高系統可靠性的目的。完善的BIT 設計是實現系統級可靠性技術的關鍵，它還是實現故障容錯和重構的基礎。

1 BIT 系統的設計

機內測試的目的在于提高系統和設備的戰備完好性和任務成功性，減少對維修人員和其它資源的要求，降低壽命周期費用，并為管理提供必要的信息。

機內測試是通過附加在電路系統內的軟件和硬件對電路系統進行在線( on -line)的故障自檢測［3］，將測試手段嵌入到武器系統之中，成為系統的組成部分，因此也稱為機內測試設備( BITE)。這是近年來，逐漸尋找到的提高武器系統的測試性和作戰效能的最為有效的技術途徑，是提高電路系統可靠性并減少系統維護費用的關鍵技術［4-5］。采用BIT技術的優點在于，它最容易實現武器系統在工作過程中的實時監視，從而能最有效地保證武器系統的作戰能力的發揮。

1.1 設計原則

由于軍用電子裝備對質量和可靠性要求很高，因而測試設備對軍用武器裝備的保障具有舉足輕重的作用。對于BIT系統的模塊必須考慮其通用性，兼容性和標準接口［6-7］。

BIT 的設計應遵循下列原則:

1)分系統在雷達中雖處于輔助地位，但卻是全局性的一個分系統。因而BIT 的設計必須從系統的方案論證開始，并和系統設計同步進行。

2)設置BIT 的目的是通過檢測，實現故障定位和性能測試。因而，BIT 的設置應盡量不影響主通路的工作。當機內檢測可能影響雷達主通路時，就應考慮機外檢測。

3)設置的檢測要考慮到覆蓋面。特別是在功能塊和關鍵部件處不影響雷達主通路的前提下，要保證設置有相關測試點，在硬件設置檢測點有困難的情況下，盡量考慮用軟件檢測的方法。并使硬件和軟件二者有機結合，以提高檢測概率。

4)由于雷達體制和作用的不同，在進行方案論證和設計過程中，模塊要考慮到通用性、兼容性和擴充性，并使二者有機結合。

5)設計的模塊要有搭積木的功能。這就要求在進行雷達主通路方案論證和系統或分系統設計時，要給模塊設計留有足夠的空間。

1.2 BIT 的指標

在設計BIT 系統時，必須考慮到它的技術指標，因為它實際上表示了BIT 系統的檢測和故障隔離的能力。技術指標的確定與所采用的BIT 檢測方式等因素有關，BIT 的主要指標［8］有:故障檢測率、故障隔離率、虛警率、故障隔離出錯率、故障發現時間、故障隔離時間。

常用的是故障檢測率，虛警率，故障發現時間這三個指標。

2 雷達BIT 的硬件組成

對于BIT 系統的設計是采用分布式檢測，集中式控制和處理的多機系統。雷達系統是個串聯系統，任一地方出現的故障并不完全孤立的，只有匯集系統的整個信息并加以綜合，才能確定故障的位置或其性能指標，才能提高檢測概率，降低系統的虛假概率，改善系統的維修性，提高系統的可用度。

雷達BIT 的硬件一般由4 個部分的電路組成:采樣和檢測、接口緩沖、主控、人機接口。其框圖見圖1。

圖1 BIT 系統框圖

2.1 采樣和檢測

采樣和檢測電路分布于雷達各分機系統內，主要完成對各分機內關鍵信號的采集、轉換處理和狀態識別。

從20 世紀90年代開始，出現了以數字波形采集和處理技術為核心的微機多功能在線監測系統，該系統利用先進的傳感器技術、計算機技術和數字波形采集與處理等高新技術，實現更多的參數在線監測［9-11］。在線狀態監測系統實現了數據采集，數據處理、狀態識別、數據庫等各項功能，其原理如圖2 所示。檢測傳感器是在線監測系統的入口器件，其靈敏度和性能的優劣直接影響測量精度，進而使數據處理產生大的誤差，監測系統能夠正確運行的前提就是要求傳感器靈敏、可靠、線性度好，能夠不失真的轉換被測信號。

圖2 在線檢測原理

2.2 接口緩沖

接口及緩沖處理模塊由遠程收發、光電隔離、緩沖處理、譯碼驅動等電路組成，它構建了一個良好的輸入、輸出接口通道，從而保障了BIT 主控機與數據采樣電路之間可靠的數據通訊/交換。其原理如圖3 所示。

圖3 接口緩沖電路原理

2.3 主控處理

主控模塊是BIT 系統的核心，主要完成對各功能模塊的控制，并對前端送來的故障數據進行處理，綜合各種信息，給出最終的故障診斷結果。

在設計的某雷達系統中，主控處理原則上是建立在雷達分布式多微機系統基礎上，采用分散測試和集中處理、顯示的三級層次結構，第一層:為整個雷達系統的主控層，實現雷達系統各種信息的集中管理和顯示，具有良好的人機交互能力。其硬件是由光柵顯示插件板和微型計算機模塊組成。第二層:為通信鏈路層，主要將主控計算機發送來的控制命令按要求發送到特定的串口，相應的下位控制計算機負責具體得命令解釋;收集各下位計算機上報的雷達系統狀態、故障信息轉發給主控層的主控計算機。其硬件由計算機插件、通信接口插件組成，最多可實現8 個串口的通信管理能力。第三層:為設備層，主要接收通信鏈路層發來的控制命令并具體解釋執行，產生相應控制信號; 對雷達系統的各故障信號進行采集并通過通信鏈路層上報給主控計算機。這層控制根據BITE 簡化設計的原則盡可能利用各分系統的計算機處理能力，如信號處理的單片機、終端系統本身的計算機，它們通過串口通訊與第二層通信鏈路層進行信息交換，而對接收、天饋、發射等系統則由測控接口插件將監控信息轉換為約定的接口信號，通過第二層送第一層主控計算機。

2.4 人機接口

人機接口由監控顯示屏和操控按鍵組成，可顯示雷達各分機系統故障診斷結果并接受人工干預，從而完成BIT 主機與操作人員之間的人機交流。

3 軟件設計

利用故障樹建立雷達故障方程。故障樹建立的最終目的是為了得到最小割集，通常使用下行法。這種算法是沿故障樹自上往下進行，即從頂事件開始，依次將上層事件置換成下層事件，遇到“與”關系將輸入橫向寫出，遇到“或”關系將輸入豎向寫出，直到底事件全部置換為止。故障樹建立過程是通過對故障的因果關系進行邏輯分析，即把結果放在邏輯關系的頂部( 頂事件)，將原因放在其底部( 底事件)，運用故障樹分析的方法，由因到果，自頂到底進行分析，最終建樹，并寫出故障方程式。

故障樹的軟件算法實現采用靜態順序查找表的方法從表中第一個記錄開始，逐個進行記錄的關鍵字和給定值的比較，若某個記錄的關鍵字和給定值比較相等，則查找成功，找到所查記錄，反之，若直到第n 個記錄某關鍵字和給定值比較都不等，則表明表

中沒有所查記錄，查找結束。具體步驟如下:

1)對系統的所有底事件進行排隊，建立一個故障排隊表，按順序編號。

2)根據故障樹及其得出的故障方程，對所有“與”關系( 稱具有相關性)的節點，建立一個向下相關故障源表，若是“或”關系的節點填空值null。前面已提到這種相關性原則是本系統中的，但實際中也局部加入了系統交叉節點，基于BIT 控制器的大存貯量和高運算速度，實現沒有問題。

3)建立一個故障相關索引表，它是由相關源故障表中每一個故障號的首地址和相關源個數建立而成的，

4)為使故障相關定位準確，又要及時消除偶然性故障和故障被排除后故障的消失這對矛盾，采取時間區域相關處理，即BIT 控制器6 次循環查詢全機監測點，再2 次進行故障樹的運算，最終得到的故障排序表中的保留故障為最終故障，并報出該故障所有LRU。

4 結束語

BIT 是現代電子產品提高可維修性、縮短平均維修時間的一種常用手段。雷達BIT 通過良好的構建和設計，將測試單元和可更換單元細化到印制板，實現故障檢測隔離的自動化，大大減少了維修資料、通用測試設備及維修人員的數量，在降低費用的同時，更保障了產品的可靠性和可維修性。同時，我們不能孤立地去設計BIT 系統，或者說，BIT 的設計應明確包含在系統的設計任務書中或合同中，必須從最初的方案論證開始，采用自上而下，逐步漸進的設計方法來進行系統設計。作為BIT 工程師，必須熟悉雷達系統，并對整個雷達系統的機內測試信號及全機測試定時關系能全面考慮，這對成功設計BIT 系統是非常重要的。

［1］曾天翔.電子設備測試性及診斷技術［M］.北京:航空工業出版社，1996.

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