空空導(dǎo)彈防虛警設(shè)計(jì)技術(shù)探討

摘 要：在當(dāng)前的武器系統(tǒng)測(cè)試中，虛警已成為比較突出的問題。本文對(duì)武器系統(tǒng)測(cè)試過程中虛警的危害及形成的原因進(jìn)行了分析，對(duì)防虛警措施進(jìn)行了研究，結(jié)合某型空空導(dǎo)彈研制對(duì)導(dǎo)彈防虛警設(shè)計(jì)技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：空空導(dǎo)彈 測(cè)試性 虛警 機(jī)內(nèi)測(cè)試 外部測(cè)試設(shè)備

中圖分類號(hào)：V241.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（a）-0239-02

武器裝備的日益復(fù)雜化和精密化，要求產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就要考慮系統(tǒng)的測(cè)試性。機(jī)內(nèi)測(cè)試（BIT）技術(shù)為設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部提供檢測(cè)，并且具有自動(dòng)測(cè)試隔離故障的能力，該系統(tǒng)作為改進(jìn)測(cè)試性的一個(gè)有效途徑在改善系統(tǒng)測(cè)試性、提高故障診斷精確性及縮短診斷時(shí)間、降低對(duì)維修人員技能要求和維修保障成本等方面有重要作用。BIT系統(tǒng)目前影響其進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要原因是虛警率較高，因此，怎樣降低和防止虛警成為BIT技術(shù)研究急需解決的關(guān)鍵問題[2]。另外，隨著導(dǎo)彈外部測(cè)試設(shè)備（ETE）自動(dòng)化程度的提高，在其使用過程中也表現(xiàn)出了明顯的虛警問題。本文對(duì)空空導(dǎo)彈BIT和ETE虛警產(chǎn)生的原因及降低和防止虛警的理論與技術(shù)進(jìn)行了研究，并對(duì)某型空空導(dǎo)彈防虛警設(shè)計(jì)技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

1 虛警的危害及形成原因

1.1 虛警定義

美軍標(biāo)MIL-STD-2165中虛警的定義是指BIT和其他監(jiān)測(cè)電路對(duì)不存在故障的產(chǎn)品給出的故障指示；我國軍標(biāo)GJB2547定義虛警為BIT或其他監(jiān)測(cè)電路指示有故障而實(shí)際上不存在故障的情況。我們可以通過虛警定義總結(jié)出以下兩點(diǎn)。

（1）虛警是被指示有故障的地方或者產(chǎn)品實(shí)際上不存在故障。

（2）虛警是BIT或其他監(jiān)測(cè)電路給出假故障指示，操作者或維修人員假報(bào)的故障不計(jì)入虛警之內(nèi)。

虛警情況進(jìn)一步分析的話包括錯(cuò)報(bào)和假報(bào)兩種，即：當(dāng)檢測(cè)到A有故障的時(shí)候，BIT或者其他監(jiān)測(cè)電路指示的卻是B有故障，這就是“錯(cuò)報(bào)”，也就是Ⅰ類虛警；當(dāng)均無故障的時(shí)候BIT或其他監(jiān)測(cè)電路報(bào)警，這就是“假報(bào)”，也就是Ⅱ類虛警。

1.2 虛警問題的影響

虛警問題是導(dǎo)致武器系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性差、使用保障費(fèi)用高的重要因素，對(duì)使用方和生產(chǎn)方都有較大的影響。虛警率高不但直接影響B(tài)IT或外部測(cè)試設(shè)備（ETE）的有效性，而且對(duì)武器系統(tǒng)任務(wù)完成及系統(tǒng)可用性、維修和備件、生產(chǎn)成本和周期等產(chǎn)生不利影響，具體影響包括以下幾點(diǎn)。

（1）對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備可用度產(chǎn)生影響：BIT或ETE虛警率增加，會(huì)影響測(cè)試的正確率和有效性下降，這樣就不能充分利用武器系統(tǒng)中一部分設(shè)備的功能，可能會(huì)造成武器系統(tǒng)任務(wù)成功率的降低。

（2）影響可靠性和維修性：在武器系統(tǒng)工作中，BIT虛警會(huì)降低其任務(wù)可靠性，如空空導(dǎo)彈發(fā)射前BIT出現(xiàn)虛警會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)彈無法發(fā)射，貽誤戰(zhàn)機(jī)；BIT或ETE虛警還使得好的外場(chǎng)可更換單元（LRU）或內(nèi)場(chǎng)可更換單元（SRU）被拆卸和維修，造成無效的維修活動(dòng)，浪費(fèi)人力、時(shí)間和費(fèi)用。

（3）影響維修備件：計(jì)劃武器系統(tǒng)備件時(shí)，一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素就是BIT虛警。BIT虛警估計(jì)值和實(shí)際值之間相差太大，使得備件數(shù)目難以有效確定，可能造成備件浪費(fèi)或缺少。

（4）失去操作、維修人員信任：如果虛警過多而造成操作或者維修人員的不信任，甚至忽視不管其指示，這樣容易產(chǎn)生嚴(yán)重后果。如果飛行中的飛行員沒有重視BIT的指示，飛行安全會(huì)受到威脅；如果維修人員因?yàn)閷?duì)BIT失去信任而放棄該維修手段，那么BIT改善武器系統(tǒng)維修性和簡化維修的作用也就失去了。

（5）影響生產(chǎn)成本和周期：武器系統(tǒng)生產(chǎn)測(cè)試中如出現(xiàn)過多的BIT或ETE虛警，則會(huì)增加額外的排故和歸零等工作，造成生產(chǎn)資源和人力成本的浪費(fèi)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本和周期的大幅提高。

1.3 虛警產(chǎn)生的原因

導(dǎo)致虛警的原因主要包括以下幾個(gè)方面。

1.3.1 門限值選擇不當(dāng)

門限值（或測(cè)試容差）指被測(cè)參數(shù)的最大允許偏差量。如果測(cè)量值超出此值，說明發(fā)生了故障。門限值太寬難以有效檢測(cè)到故障，太嚴(yán)則易導(dǎo)致虛警；若飛行中BIT門限值與地面維修及中間級(jí)（中繼級(jí)、基地級(jí)）維修時(shí)門限值不協(xié)調(diào)，易導(dǎo)致不能復(fù)現(xiàn)（CND）和重測(cè)合格（RTOK）現(xiàn)象。

1.3.2 故障診斷算法選擇不合適

常規(guī)故障診斷算法往往是采取基于硬件實(shí)現(xiàn)的固定閾值瞬態(tài)判決算法，該算法在系統(tǒng)產(chǎn)生間歇故障或瞬態(tài)故障時(shí)容易出現(xiàn)虛警。另外當(dāng)故障診斷算法簡單、粗糙時(shí)，進(jìn)行信號(hào)處理、故障診斷和維修決策等也易導(dǎo)致虛警。

1.3.3 BIT設(shè)計(jì)上的缺陷

BIT設(shè)計(jì)人員為簡化設(shè)計(jì)，常需要作一些假設(shè)，由于難以完全掌握BIT工作環(huán)境和實(shí)際工作特性對(duì)BIT影響，使得這些假設(shè)不一定完全符合實(shí)際情況，導(dǎo)致BIT在實(shí)際工作中出現(xiàn)虛警。

1.3.4 BIT、ETE工作可靠性不高

虛警率的高低和BIT、ETE的工作可靠性高低也有很大關(guān)系。如BIT、ETE自身發(fā)生故障（如軟故障、硬故障、瞬態(tài)故障、間歇故障等），可能導(dǎo)致報(bào)告被測(cè)系統(tǒng)中出現(xiàn)故障；BIT在非設(shè)計(jì)的條件下運(yùn)行，工作特性與原計(jì)劃相比發(fā)生變化，也易導(dǎo)致虛警。

2 常用防虛警技術(shù)簡介

2.1 優(yōu)化診斷策略

進(jìn)行BIT、ETE設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)從故障檢測(cè)、診斷和決策這三個(gè)方面入手來降低虛警率。比較典型的有以下幾點(diǎn)。

（1）確定合理的門限值，主要方法包括：在不同級(jí)別測(cè)試維修情況下工作時(shí)，其門限值要求不同，從基層級(jí)、中繼級(jí)到基地級(jí)測(cè)試，門限值應(yīng)逐級(jí)減小，避免過多出現(xiàn)CND和RTOK現(xiàn)象；延時(shí)加入門限值；采取自適應(yīng)門限值。

（2）確定合理的故障指示、報(bào)警條件，可采用的方法有重復(fù)測(cè)試法、表決法、延時(shí)報(bào)警法等。

（3）采用綜合決策方法如連續(xù)測(cè)試、連續(xù)監(jiān)控、大量存儲(chǔ)和歷史分析策略，對(duì)多方面因素進(jìn)行綜合分析，有助于正確、全面的決策，以避免診斷決策簡單盲目而導(dǎo)致虛警。

2.2 提高BIT和ETE工作可靠性

提高BIT和ETE工作可靠性，也是減少虛警、提高報(bào)警準(zhǔn)確度有效方法。相應(yīng)措施有以下幾點(diǎn)。

（1）在某些情況下增加必要的聯(lián)鎖條件，限定BIT在設(shè)計(jì)條件下工作。

（2）進(jìn)行BIT自身檢驗(yàn)，避免BIT帶故障工作。檢驗(yàn)的方式有注入系統(tǒng)的故障模式檢驗(yàn)BIT、注入激勵(lì)信號(hào)檢驗(yàn)BIT、用軟件檢驗(yàn)BIT硬件（看門狗技術(shù)）等。

（3）重疊BIT，使每個(gè)單元都有2個(gè)以上的BIT測(cè)試，實(shí)行BIT互相驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果，使得BIT實(shí)現(xiàn)測(cè)試余度，以提高判斷準(zhǔn)確性。

（4）對(duì)ETE設(shè)計(jì)完善的BIT，在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試前保證本身的可靠性，避免ETE帶故障工作。

（5）及時(shí)對(duì)ETE進(jìn)行維護(hù)及周期性檢測(cè)標(biāo)定，系統(tǒng)良好接地，按規(guī)定程序進(jìn)行測(cè)試。

2.3 應(yīng)用智能理論和技術(shù)

人工智能技術(shù)（專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊決策等）因具有較好的適應(yīng)性、健壯性、容錯(cuò)性和自學(xué)習(xí)性等特點(diǎn)，在故障診斷領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用，并展現(xiàn)出巨大實(shí)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿3，4]。在導(dǎo)彈故障診斷中引進(jìn)人工智能技術(shù)，將其與計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合，可從根本上提高導(dǎo)彈測(cè)試診斷能力、解決虛警問題。

3 某型空空導(dǎo)彈導(dǎo)彈防虛警設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用

在某型空空導(dǎo)彈設(shè)計(jì)過程中，對(duì)可能發(fā)生虛警的部位和原因進(jìn)行了分析，并綜合應(yīng)用多種防虛警設(shè)計(jì)技術(shù)，有針對(duì)性的制定了相應(yīng)的防虛警措施，防虛警技術(shù)應(yīng)用情況舉例如下。

3.1 確定合理的門限值

彈載熱電池電火頭電阻較小，測(cè)試容易造成偏差。當(dāng)熱電池裝配后，需要將各級(jí)導(dǎo)線電阻折算進(jìn)去，以便正確設(shè)定門限。

3.2 制定合理的故障指示、報(bào)警條件

（1）BIT的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行了濾波處理，通過多次測(cè)試取平均值的方法，盡量降低BIT的虛警率。

（2）成像電路的校正系數(shù)需要在上電后讀取進(jìn)行校驗(yàn)，由于數(shù)據(jù)較多，校驗(yàn)一次可能會(huì)存在誤碼，因此增加至三次以防止誤碼。

3.3 根據(jù)被測(cè)對(duì)象特點(diǎn)設(shè)計(jì)測(cè)試方法

對(duì)某電機(jī)進(jìn)行自檢時(shí)，電機(jī)在初始狀態(tài)下存在較大的靜摩擦力矩，上電后若加上的力矩小于靜摩擦力矩，則會(huì)被認(rèn)為是電機(jī)故障，實(shí)際并不存在。為防止虛警，在自檢時(shí)加入一個(gè)電機(jī)抖動(dòng)的環(huán)節(jié)，消除因靜摩擦力矩造成的虛警。

3.4 提高BIT工作可靠性

控制系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用總線進(jìn)行通訊，在上電過程中總線上會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，可能導(dǎo)致自檢信號(hào)的誤判。為了避免該虛警現(xiàn)象，防止無效數(shù)據(jù)進(jìn)入，設(shè)計(jì)協(xié)議時(shí)增加了頭字、校驗(yàn)和等措施，同時(shí)控制系統(tǒng)采取了判斷串口狀態(tài)寄存器等手段有效的避免了虛警發(fā)生。

3.5 提高ETE工作可靠性

電源線性穩(wěn)壓電路輸出紋波測(cè)試，受測(cè)試手段、儀器性能以及測(cè)試環(huán)境、線路的影響，容易受到干擾，產(chǎn)生較大紋波，造成虛警。針對(duì)這種現(xiàn)象，對(duì)測(cè)試設(shè)備線纜和連接線纜采取了雙絞和加屏蔽層的措施，在測(cè)試中所有的測(cè)試設(shè)備都接地，減少了外界干擾，提高了電磁兼容性，減少了虛警現(xiàn)象。

4 結(jié)語

某型空空導(dǎo)彈研制過程中，對(duì)測(cè)試中易導(dǎo)致虛警的因素進(jìn)行了全面分析，進(jìn)行了有效的防虛警設(shè)計(jì)，BIT和ETE測(cè)試的虛警率與以往型號(hào)相比有明顯降低。本文研究并采用的防虛警設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)新研導(dǎo)彈的防虛警設(shè)計(jì)有較高的借鑒意義。

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