武器系統(tǒng)BIT的設(shè)計(jì)與應(yīng)用＊

鄭文榮 夏清濤

（海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033）

1 BIT技術(shù)

信息化條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)裝備自身可測(cè)試性提出了更高的要求，機(jī)內(nèi)測(cè)試（Built－in test）BIT技術(shù)的應(yīng)用適應(yīng)了裝備技術(shù)的發(fā)展，提高了故障診斷精確性、顯著地縮短診斷時(shí)間、降低維修保障成本和對(duì)維修人員的技能要求，從而提高裝備的完好率。BIT是指“系統(tǒng)、設(shè)備內(nèi)部提供的檢測(cè)、隔離故障的自動(dòng)測(cè)試能力”，即系統(tǒng)或設(shè)備本身具備進(jìn)行故障檢測(cè)、隔離或診斷的自動(dòng)測(cè)試能力，而用于完成BIT功能的可以識(shí)別的硬件叫機(jī)內(nèi)測(cè)試設(shè)備（BITE）。BIT技術(shù)的應(yīng)用彌補(bǔ)了采用外部ATE測(cè)試的不足，在提高設(shè)備自身故障診斷能力的同時(shí)，大大降低設(shè)備的總體維護(hù)費(fèi)用［1～4］。

BIT技術(shù)最初產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代，目的在于改善裝備的維修性、測(cè)試性和自診斷能力，并首先應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域［5］。80年代以后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊邏輯等智能理論和方法相繼應(yīng)用于BIT的故障診斷中，使得BIT的故障診斷能力提到大幅度的提高，并逐步解決BIT中存在的虛警問(wèn)題。90年代以后，分級(jí)BIT技術(shù)、邊界掃描技術(shù)等在BIT的應(yīng)用使得BIT技術(shù)獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，BIT的研制主要集中在航空航天和軍用裝備系統(tǒng)中，其中最為典型的是各式雷達(dá)系統(tǒng)和機(jī)載設(shè)備［6～9］。

典型的BIT系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般具備加電／啟動(dòng)BIT、周期BIT和維護(hù)BIT三種工作模式。啟動(dòng)BIT主要用于執(zhí)行任務(wù)前系統(tǒng)狀態(tài)的檢查；周期BIT用于任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)或狀態(tài)的監(jiān)控；維護(hù)BIT用于系統(tǒng)維護(hù)時(shí)的系統(tǒng)的故障檢測(cè)與隔離。典型的BIT工作流程如圖1所示，BIT系統(tǒng)在各種工作模式下能夠檢測(cè)系統(tǒng)中存在的故障，并將故障定位到可更換單元（Line replace unit，LRU）。

2 武器系統(tǒng)BIT設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

BIT是測(cè)試大型復(fù)雜電路的有效方法，BIT由硬件本身執(zhí)行完成的可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)［5～7］。在武器系統(tǒng)中，BIT模塊是可測(cè)性設(shè)計(jì)的重要組成部分，在各個(gè)分系統(tǒng)中都有相應(yīng)的檢測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)可更換部件的故障診斷。

2.1 BIT診斷體系

線性反饋移位寄存器LFSR是BIT中最常見(jiàn)的一種硬件結(jié)構(gòu)，在某復(fù)雜控制系統(tǒng)診斷體系中，將LFSR作為響應(yīng)分析器。自診斷體系中的響應(yīng)分析器由單輸入16階外部異或型LFSR線性反饋移位寄存器組成，其中的第7，9，12，16位反饋到輸入端中，診斷體系組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 BIT檢測(cè)與診斷體系

其中ATPG為測(cè)試模式生成，ROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)無(wú)故障電路響應(yīng)。LFSR響應(yīng)分析器如圖3所示，反饋多項(xiàng)式可表示為式（1）：

圖3 LFSR響應(yīng)分析器

LFSR的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系如方程（2）所示：

式（3）中的矩陣A為L(zhǎng)FSR響應(yīng)分析器的一個(gè)16×16的二進(jìn)制反饋多式項(xiàng)的狀態(tài)矩陣。由于f（x）是簡(jiǎn)單多項(xiàng)式，因此LFSR產(chǎn)生的序列是長(zhǎng)度為216－1的最長(zhǎng)序列。控制系統(tǒng)的每一部件的均設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，每個(gè)部件檢測(cè)點(diǎn)壓縮輸出成為1～4個(gè)診斷位（狀態(tài)字），系統(tǒng)的所有診斷位的響應(yīng)信號(hào)選擇輸出端進(jìn)入LFSR進(jìn)行線性壓縮。被檢測(cè)部件電路響應(yīng)信號(hào)通過(guò)移位寄存器壓縮后輸出，通過(guò)LFSR比較壓縮響應(yīng)的狀態(tài)輸出和存儲(chǔ)在微程序存儲(chǔ)器中無(wú)故障電路的期待響應(yīng)數(shù)據(jù)來(lái)判斷被測(cè)部件電路是否存在故障。

2.2 艦炮武器系統(tǒng)BIT設(shè)計(jì)

艦炮武器系統(tǒng)作為現(xiàn)代海戰(zhàn)中進(jìn)攻和防御體系的重要組成部分，為提高該武器系統(tǒng)可靠性與可維修性，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)全系統(tǒng)中的各個(gè)單元均進(jìn)行了可測(cè)試性設(shè)計(jì)，將BIT單元嵌入到各個(gè)單元模塊中，并由專門的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備（BITE）負(fù)責(zé)完成對(duì)所屬單元與部件的檢測(cè)［11］。在某艦炮武器系統(tǒng)中，BITE自檢測(cè)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的故障集中管理（包括檢測(cè)、診斷、定位）、綜合狀態(tài)監(jiān)控、模擬訓(xùn)練及數(shù)據(jù)錄取分析等功能，BITE的主要使命任務(wù)包括：

1）完成系統(tǒng)檢查、訓(xùn)練和數(shù)據(jù)錄取任務(wù)；

2）完成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控任務(wù)；

3）完成系統(tǒng)錄取數(shù)據(jù)的分析、管理和輸出控制任務(wù)。

該艦炮武器系統(tǒng)的BITE設(shè)備與武器系統(tǒng)其他設(shè)備之間的接口包括數(shù)字接口和模擬接口。數(shù)字接口包括網(wǎng)絡(luò)接口和串行接口，網(wǎng)絡(luò)接口以報(bào)文形式交換信息，根據(jù)通信方式和功能差異，網(wǎng)絡(luò)接口可分為兩種類型：網(wǎng)絡(luò)通信接口和網(wǎng)絡(luò)偵聽(tīng)接口。BITE數(shù)字接口連接示意圖如圖4所示。

圖4 艦炮武器系統(tǒng)BITE接口

BITE主控計(jì)算機(jī)通過(guò)雙冗余網(wǎng)卡接入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換功能；BITE數(shù)據(jù)處理機(jī)的兩塊偵聽(tīng)網(wǎng)卡分別連接系統(tǒng)交換機(jī)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信模塊的偵聽(tīng)端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換信息的錄取功能；BITE通過(guò)串行接口連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的其中一個(gè)通信模塊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。BITE設(shè)備的模擬接口主要包括與搜索雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、光電跟蹤儀、火炮和火控二臺(tái)之間的接口。

2.3 BIT檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置

為保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，在武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通常對(duì)其組件、部件都進(jìn)行了可測(cè)性設(shè)計(jì)，在每個(gè)可更換的單元組件中設(shè)置數(shù)量不等的檢測(cè)點(diǎn)，在檢測(cè)狀態(tài)下通過(guò)檢查檢測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)字可實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如果存在故障可根據(jù)狀態(tài)字確定故障部位。某武器系統(tǒng)的組成部件的狀態(tài)字之一如表1所示，BITE設(shè)備檢測(cè)時(shí)根據(jù)狀態(tài)字的值對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)的判斷。

表1 狀態(tài)字表

狀態(tài)字的最低位B0代表SDC板狀態(tài)，B0為1時(shí)表示SDC板狀態(tài)正常，為0表示有故障；同理B1～B7位為1和0分別表示A／D板、D／A板、俯仰功放、方位功放、馬達(dá)電源、激磁板等部件電路處于正常狀態(tài)和故障狀態(tài)。

BITE進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，采用巡檢的方式對(duì)所有部件上的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，獲取所有檢測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)字?jǐn)?shù)據(jù)信息，從而對(duì)所有可更換組件的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷。在武器系統(tǒng)中，檢測(cè)結(jié)果狀態(tài)通常有設(shè)備未連接、正常、故障1和故障2。故障1是指設(shè)備故障，但能繼續(xù)工作，或設(shè)備性能下降，可以降功能使用，維護(hù)系統(tǒng)正常工作；故障2是指設(shè)備嚴(yán)重故障，無(wú)法繼續(xù)工作或者性能下降到不能維持系統(tǒng)正常工作。

3 結(jié)語(yǔ)

伴隨著裝備技術(shù)的發(fā)展，可靠性、可維修性和武器裝備的作戰(zhàn)性能都是戰(zhàn)斗力的重要組成部分，在艦炮武器系統(tǒng)中，可靠性與可維修性是戰(zhàn)斗力的根本保證，BIT技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到武器系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備中。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，提高了系統(tǒng)故障診斷精確性，在系統(tǒng)組件可測(cè)性設(shè)計(jì)階段可適當(dāng)增加檢測(cè)點(diǎn)，通過(guò)獲取更多的狀態(tài)信息，更好地實(shí)現(xiàn)檢測(cè)與診斷。BIT在武器裝備中的應(yīng)用可顯著地縮短診斷時(shí)間、降低維修保障成本和對(duì)維修人員的技能要求，從而提高裝備的完好率，對(duì)武器裝備的發(fā)展具有重要的作用。

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