新型雷達系統BIT優化設計技術研究

陳光輝，宋小梅

(南京電子技術研究所,　南京 210039)

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新型雷達系統BIT優化設計技術研究

陳光輝，宋小梅

(南京電子技術研究所,南京 210039)

新型雷達強大的功能需要多種工作模式來支撐，而多模式系統的故障特性、診斷測試等與工作模式緊密關聯。文中針對新型雷達多模式系統測試性工程設計的需求，提出了一種系統級機內測試(BIT)優化設計的技術方法。該方法基于系統工作模式，結合系統性能測試設置系統級測試項目，并通過對測試資源的優化，確定系統BIT故障檢測項目和故障隔離邏輯，實現系統BIT性能的提升。同時借助構建雷達測試性模型，仿真系統BIT優化設計過程，驗證了該方法可明顯提高系統的故障檢測率和故障隔離率。該項技術已經在一種新型雷達BIT工程設計中得到成功應用。

新型雷達；增強型機內測試；模型仿真；優化設計

0　引　言

現代雷達的功能與性能越來越先進，技術與組成越來越復雜，雷達裝備的測試、故障診斷面臨的挑戰也越來越嚴峻。目前，雷達裝備的測試性設計還處于以經驗、規則為主導的階段，而從技術發展來看，測試性設計已經進入基于模型的科學設計階段[1]。在新型雷達測試性工程設計過程中，實現增強型系統機內測試(BIT)設計已成為測試性設計中的一項關鍵技術要求。為適應這種技術變革，從根本上增強雷達系統BIT能力，必須構建基于模型仿真的雷達系統BIT優化設計的工程技術手段。

本文結合一種新型雷達增強型系統BIT工程設計，通過建立雷達系統測試性模型，對系統BIT設計中測試資源優化過程進行仿真、驗證和評價，確定基于模型仿真的系統BIT故障檢測和隔離的優化設計方法。

1　基于模型仿真的BIT優化設計技術概述

1.1新型雷達增強型BIT設計需求

新型雷達模塊化集成和數字化程度高，結構更為緊湊，對模塊內BIT技術要求更高。在雷達系統BIT工程實現過程中，要綜合權衡模塊單元或模塊內BIT占用資源、可靠性影響等參數，但單元或模塊內BIT診斷能力有限，因此，要實現增強型BIT必須依賴系統級BIT做進一步綜合診斷。

此外，新型雷達為實現強大的功能，通常具備多種工作模式，而系統在不同的工作模式下又關聯不同的功能、性能故障特性。結合工作模式設計的系統性能測試或故障診斷其典型特點為：有些性能或故障在部分模式下可測，而有些測試僅在部分模式下可用[2]。

增強型BIT系統設計的關鍵在于將系統級故障、工作模式與測試資源進行最優結合，實現系統級測試資源的優化。一方面，通過測試項目優化選取用于增強系統BIT故障檢測能力；另一方面通過測試邏輯的優化調整實現簡便、快捷的初步故障隔離。

這種基于系統模式進行測試資源優化的系統BIT設計，是一項反復迭代的設計驗證過程。需要構建雷達系統測試性仿真模型，并結合工程設計，形成有效的系統BIT優化設計方法。

1.2基于模型仿真的BIT優化設計

美國DSI公司開發的eXpress軟件基于混合診斷建模技術，將功能與故障模式在同一個相關性模型中進行統一建模，其基于故障模式和基于功能的診斷推理方式，集成后形成最優的故障推理功能[3]。eXpress軟件可將產品的測試性/BIT設計和功能、性能設計相結合，正確評價產品的測試性/BIT水平，并對設計方案進行比較分析和反饋，從而達到設計優化的目的。

本文提出的基于eXpress測試性模型仿真的BIT優化設計技術主要包含以下兩方面內容：

1) 通過構建雷達測試性仿真模型，添加基于模式的系統BIT項目并進行優化，增強系統BIT故障檢測能力；

2) 通過構建雷達測試性仿真模型，對各模式下系統BIT項目邏輯進行優化調整，實現快速的初步故障隔離。

在一種雷達測試性驗證試驗樣機BIT工程設計過程中，以接收和綜合處理典型分系統為范例，開展基于仿真模型的系統BIT優化設計技術研究。目前，該項技術成果已成功應用于指導雷達增強型BIT系統的工程設計中。

2　BIT故障檢測優化設計

2.1BIT故障檢測優化設計步驟

現代雷達系統BIT設計主要采用分布式檢測、集中式控制處理的原則，將雷達系統的故障檢測和性能檢測融為一體[4]。而在新型多模式雷達系統中，如何將測試資源和系統工作模式有效結合來優化診斷設計，這是增強型BIT工程設計中面臨的問題之一。

新型多模式雷達系統在不同的工作模式下通常映射到不同的硬件資源，進而關聯不同的故障模式。如果在雷達系統中設計基于模式的性能測試和故障檢測資源，可實現不同范圍硬件資源的測試覆蓋。如圖1所示，新型機載雷達通常設計有基于模式的系統BIT測試項目：空空模式系統BIT、偵收識別模式系統BIT、制導模式系統BIT、空地模式系統BIT等。

多模式雷達系統的診斷設計，需有效結合系統故障、工作模式與測試資源，來實現系統級BIT的優化。基于模型仿真進行BIT故障檢測優化設計基本步驟如以下三點：

1) 初始BIT的測試性建模分析

雷達初始BIT一般由單元或模塊自測試、通訊鏈路測試及系統基本性能測試組成。采用eXpress軟件建立雷達系統測試性仿真模型，對初始BIT故障檢測能力進行定量評價。

2) 增強BIT的測試性建模分析

通常，初始設計的BIT診斷能力有限，結合雷達系統性能檢測需求，仿真模擬基于模式的系統BIT測試項目。

3)BIT測試項目的優化選取

依據性能檢測要求，對仿真添加的各模式系統BIT測試項進行加權，運行系統BIT測試項目。綜合權衡系統性能檢測優先級和故障檢測能力，確定系統BIT測試項目或組合，完成BIT系統故障檢測優化設計。

圖1　多模式雷達接收和綜合處理分系統功能視圖

2.2示例

接收和綜合處理分系統是雷達的關鍵分系統。通過eXpress軟件建立的一種雷達接收和綜合處理分系統測試性模型，如圖2所示，模型中設置的主要BIT測試項目包含初始BIT和優化BIT項目。

圖2　一種雷達接收和綜合處理分系統測試性仿真模型

在初始BIT仿真的基礎上，依次添加基于模式的系統BIT測試項目：系統BIT模式1、模式2、模式3和模式4，測試覆蓋及故障檢測率，如圖3所示。仿真顯示：初始BIT故障檢測率為59%，添加系統BIT模式2、模式3和模式4后，故障檢測率分別為67%、87%和92%。

圖3　BIT測試覆蓋和故障檢測率仿真結果

3　BIT故障隔離優化設計

3.1BIT故障隔離優化步驟

雷達系統BIT故障隔離設計是BIT設計的關鍵技術難點。單元或模塊級BIT故障隔離能力有限，傳統憑借經驗推導的BIT故障隔離設計，難以充分利用測試資源并形成系統的隔離邏輯，且隔離效果無法有效評估。

單一的系統測試模式下診斷出的故障無法有效隔離，多模式系統下不同模式的測試項目關聯不同的硬件資源。多模式系統中構建故障-(模式)測試邏輯相關性矩陣，結合先驗故障概率和測試費用，通過計算和比較執行不同模式下的測試，設計一組最優的測試序列，使其在保證故障隔離精度的前提下消耗盡可能少的期望測試代價[5-6]。

借助eXpress軟件建立混合診斷模型，可以憑借強大的故障推理功能，對故障-(模式)測試相關性矩陣進行分析。基于模型仿真的雷達系統BIT故障隔離優化步驟如以下四點：

1) 運行系統初始BIT項目，通常不能隔離全部的故障。針對該初始BIT隔離測試下生成的診斷樹節點的所有模糊組，選擇與模糊組硬件組成相關聯的BIT測試模式添加到故障隔離序列中。

2) 運行產生新的診斷樹，針對新的診斷樹節點的所有模糊組，繼續選取相關聯的BIT測試模式并添加到隔離序列，直到所有模式下的系統BIT測試結束。

3) 仿真調整測試序列，評價不同序列下的故障隔離效果，選取最優故障診斷樹。

4) 針對仿真產生的優化的故障隔離診斷樹，結合雷達不同模式下系統BIT測試結果的求解，確定系統最優故障隔離邏輯。

3.2示例

接收和綜合處理分系統的故障隔離是雷達系統BIT故障隔離設計中的難點。

在該型雷達接收和綜合處理分系統BIT故障檢測項目仿真的基礎上，驗證在故障隔離邏輯中添加和調整基于模式的系統BIT測試后，對故障隔離能力的改善。

在故障隔離邏輯中根據模糊組添加相關聯的系統BIT模式，仿真調整測試序列并評價隔離效果，最終確立優化的故障隔離診斷樹。故障隔離優化仿真效果顯示：

1) 選擇BIT檢測項目作故障隔離后的初步隔離效果，如圖4所示，隔離至1個外場可更換模塊(LRM)的故障隔離率為65%，隔離至2個LRM的故障隔離率為93%，隔離至3個LRM的故障隔離率為97%；

圖4　初始故障隔離效果

2) 故障隔離策略中調整和添加基于模式的系統BIT項目后，故障隔離效果得到較大改善。如圖5所示，隔離至1個LRM的故障隔離率為80%，隔離至2個LRM的故障隔離率為97%。

圖5　BIT系統故障隔離優化后的效果

4　結束語

本文技術已成功應用于一種新型雷達測試性工程設計中，增強了雷達系統BIT綜合診斷能力。在雷達裝備研制和使用壽命周期中，其直接經濟效益主要體現在以下三點：

1) 基于模型仿真的系統BIT優化設計技術，最大限度利用已有測試資源來增強系統BIT性能，減少系統固有測試性設計更改；

2) 采用基于模型仿真優化BIT設計，可以使雷達系統BIT故障診斷效率提高至少10%以上，降低了雷達外場試驗過程中人工排故成本；

3) 借助模型仿真開展BIT優化設計，合理優化各級測試資源，提高整體BIT診斷效率，降低雷達使用和維護保障成本。

[1]邱靜，劉冠軍，楊鵬, 等. 裝備測試性建模與設計技術[M]. 北京: 科學出版社，2012.

QIUJing,LIUGuanjun,YANGPeng,etal.Equipmenttestabilitymodelinganddesigntechnology[M].Beijing:SciencePress, 2012.

[2]楊鵬，邱靜，劉冠軍. 多模式系統的測試順序優化[J]. 計算機工程與應用，2008, 44(6)：17-19.

YANGPeng,QIUJing,LIUGuanjun.Testsequenceoptimzationofmulti-modesystem[J].ComputerEngineeringandApplications, 2008, 44(6): 17-19.

[3]連光耀，黃考利，呂曉明, 等. 基于混合診斷的測試性建模與分析[J]. 計算機測量與控制, 2008,16(5)：601-603.

LIANGuangyao,HUANGKaoli,LVXiaoming,etal.Analyzingandmodelingoftestabilitybasedonhybriddiagnostic[J].ComputerMeasurementandControl, 2008, 16(5): 601-603.

[4]侯其坤. 機載雷達系統的BIT設計[J]. 現代雷達, 2003, 25(11)：7-9.

HOUQikun.Built-intestdesignfortheairborneradarsystem[J].ModernRadar, 2003, 25(11): 7-9.

[5]FANGT，PATTIPATIKR．Rolloutstrategyforsequentialfaultdiagnosis[J]．IEEETransactionsonSystems，ManandCybernetics，2003，33(1)：86-99.

[6]PIETERSMAJ，GEMUNDAV,BOSA．Amodel-basedapproachtosequentialfaultdiagnosis[J].IEEEInstrumentation&MeasurementMagazine, 2005, 10(2): 621-627.

陳光輝男，1979年生，高級工程師。研究方向為機載雷達數據處理。

AStudyontheBITOptimizationDesignTechnologyofNewRadarSystem

CHENGuanghui，SONGXiaomei

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

Thepowerfulfunctionofthenewradarrequiresavarietyofworkingmodes.Thefaultcharacteristics,diagnostictestsofmulti-modesystem,andsoonarecloselyrelatedtotheworkingmodes.Aimingatthedemandofnewradarmulti-modesystemfortestengineeringdesign,atechnicalmethodforoptimizingdesignofsystemlevelBIT(Built-InTest)isproposed.Themethodisbasedonthesystemworkingmodes,andcombinedwiththesystemperformanceteststosetupthesystemleveltestitems.Andthroughtheoptimizationoftestresources,todeterminethefaultdetectionandfaultisolationlogicandimprovetheperformanceofsystemlevelBIT.ByconstructingtheradartestmodeltosimulateoptimizationdesignprocessofsystemlevelBIT,itisprovedthatthemethodcansignificantlyimprovetheFDR(FaultDetectionRate)andFIR(FaultIsolationRate).ThistechniquehasbeensuccessfullyappliedtotheBITengineeringdesignofnewradar.

newradar,enhancedbuilt-intest;modelsimulation;optimizationdesign

陳光輝Email：346167613@qq.com

2016-01-20

2016-03-22

TN957.51

A

1004-7859(2016)06-0075-03

·測試技術·DOI：10.16592/j.cnki.1004-7859.2016.06.018