基于1553B總線技術(shù)的導(dǎo)彈自檢測試技術(shù)研究

張友森

摘 要：隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)彈的智能化程度越來越高，大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，給導(dǎo)彈的檢測帶來了諸多問題，如自檢時間長、故障診斷困難、測試維護(hù)費(fèi)用高等。本論文是利用1553B總線技術(shù)，研究基于嵌入式計算機(jī)技術(shù)的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)BIT設(shè)計技術(shù)，提高系統(tǒng)的測試性和維修性。以彈載飛控計算機(jī)子系統(tǒng)為例，對飛控計算機(jī)子系統(tǒng)內(nèi)的主要功能模塊進(jìn)行研究，探討自檢BIT方法，利用內(nèi)部系統(tǒng)總線技術(shù)，使導(dǎo)彈的檢測做到及時、準(zhǔn)確、快速，提高執(zhí)行任務(wù)的可靠性和安全性，縮短故障檢測和隔離時間，進(jìn)而減少系統(tǒng)維護(hù)成本，提高系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：1553B總線；自檢BIT；自檢覆蓋率；自檢深度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.205

1 概述

隨著電子信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)性能指標(biāo)不斷提高，相應(yīng)的測試及自檢程序也變得更加復(fù)雜和耗時。由于導(dǎo)彈測試本身的限制，測試任務(wù)要分艙段、多設(shè)備多次測試才能完成，如何縮短測試時間，減少測試次數(shù)，優(yōu)化測試流程變得越來越重要。

目前，國內(nèi)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的測試主要側(cè)重于武器系統(tǒng)的測試設(shè)備研發(fā)，圍繞功能需求和測試指標(biāo)進(jìn)行專用測試設(shè)備研制，無法做到武器系統(tǒng)的測試研究與武器系統(tǒng)設(shè)計同步開展。以空空導(dǎo)彈為例，內(nèi)部子系統(tǒng)之間的通訊有多種總線方式，具體包括：1553B、429、RS-422、LVDS等，如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)地自檢和自診斷功能，合理的利用總線技術(shù)完成對導(dǎo)彈的性能測試是一個緊迫的課題，在導(dǎo)彈設(shè)計時利用軟硬件結(jié)合的自診斷技術(shù)，將測試指令與數(shù)據(jù)在子系統(tǒng)與外部測試設(shè)備之間直接傳遞，提高測試效率。

2 導(dǎo)彈自檢測試技術(shù)

所謂自檢就是利用事先編制好的監(jiān)測程序?qū)ο到y(tǒng)的主要功能進(jìn)行自動檢測，并對故障進(jìn)行定位。自檢功能給導(dǎo)彈系統(tǒng)的使用和維護(hù)帶來了很大的方便，是提高導(dǎo)彈系統(tǒng)可靠性的重要手段。

導(dǎo)彈自檢一般包括兩種類型：上電自檢和在線自檢，上電自檢是指導(dǎo)彈加電后，各子系統(tǒng)首先進(jìn)入自檢程序，檢測各功能模塊是否處于正常工作狀態(tài)；在線自檢是指導(dǎo)彈在外部測試設(shè)備的控制下，按照操作指令對各個功能模塊或特定功能進(jìn)行測試的自檢。在實(shí)際應(yīng)用中，兩種類型的自檢都必須具備。圖1是自檢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

2.1 導(dǎo)彈自檢測深度

導(dǎo)彈自檢測深度是指導(dǎo)彈系統(tǒng)的各子系統(tǒng)進(jìn)行自檢時，能夠檢測到功能模塊的層級與全部功能層級的比值，導(dǎo)彈各功能模塊自檢測深度的平均值，為導(dǎo)彈自檢深度。圖2為自檢測深度示意圖。

由圖2可知，導(dǎo)彈自檢測深度呈現(xiàn)金“字塔型”，頂端為全彈，再往下是各子系統(tǒng)，子系統(tǒng)下依次為組件、分組件、部件等直至最小功能模塊乃至電子元器件。“金字塔”越往下，表示被檢測模塊越多，自檢測的任務(wù)量越大，與之對應(yīng)，自檢測深度就越高。為了提高導(dǎo)彈自檢測深度，在導(dǎo)彈設(shè)計初期的系統(tǒng)論證、設(shè)計階段，對重要的功能模塊電路就必須考慮自檢BIT技術(shù)的可達(dá)性，在硬件設(shè)計時加入相應(yīng)自檢BIT測試模塊或電路，以便完成子系統(tǒng)內(nèi)的功能模塊檢測。導(dǎo)彈自檢測深度達(dá)到90%是可能的，考慮到各種因素的限制，特別是研制成本和硬件開銷等，自檢測深度與成本和硬件開銷成反比。

2.2 導(dǎo)彈測試覆蓋率

導(dǎo)彈測試覆蓋率是指導(dǎo)彈的各子系統(tǒng)進(jìn)行檢測時，對最小功能模塊中各元器件和信號檢測的覆蓋率，各子系統(tǒng)測試覆蓋率取平均值，為導(dǎo)彈測試覆蓋率。圖3為測試覆蓋率示意圖。

導(dǎo)彈測試覆蓋率越高，所需的測試時間越長，從理論上來講，測試覆蓋率是可能達(dá)到80%的，但是會給導(dǎo)彈設(shè)計帶來嚴(yán)重軟硬件負(fù)擔(dān)和開銷。在自檢測試設(shè)計時，必須要對內(nèi)部功能和信號非常了解，合理規(guī)劃自檢測試流程，上電自檢的測試覆蓋率不宜太高，在線測試的自檢測試覆蓋率可根據(jù)需要適當(dāng)提高。

3 自檢方法

3.1 算法模型自檢

算法模型自檢的基本原理是首先檢測主要的被測參數(shù)，在測量的過程中另外測量多組變量，然后依據(jù)一定的模型和算法進(jìn)行分析、測量和計算，從而來判斷測量結(jié)果是否正確。所以，這類儀器除了需要輸出測量結(jié)果以外，還需要輸出的一個狀態(tài)信號來判斷測量的狀態(tài)。如圖4所示。

3.2 疊加信號自檢

疊加信號的基本原理是在測量輸入信號的同時，連續(xù)或周期性的輸入一組信號。這些信號可以是多種類型的信號，如高頻或脈沖信號，它與被測量信號疊加后經(jīng)過測量通道在信號處理單元進(jìn)行處理，最后經(jīng)過特定的算法處理后，輸出測量數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，其基本流程如圖5。

3.3 周期性自檢

周期自檢的流程如圖6所示，可以看出，一個自動開關(guān)周期性地將測量信號和一些已知變量輸入通道，經(jīng)過測量通道到達(dá)信號處理單元，同樣經(jīng)過特定的算法和計算后，最后輸出測量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。這個方法比較有效，但它的缺點(diǎn)是使測量信號離散，從而可能產(chǎn)生失真和誤差。

4 基于1553B總線的導(dǎo)彈測試技術(shù)方案

外部測試設(shè)備、飛控子系統(tǒng)通過變壓器耦合的方式掛接在1553B總線上；在導(dǎo)彈內(nèi)部，飛控子系統(tǒng)以飛控計算機(jī)為控制核心，通過1553B總線與其他子系統(tǒng)通訊，如圖7所示。在該總線結(jié)構(gòu)中外部設(shè)備與飛控計算機(jī)通訊時，飛控計算機(jī)作為遠(yuǎn)程終端（RT），外部設(shè)備作為總線控制器（BC），外部設(shè)備不與導(dǎo)彈內(nèi)其他子系統(tǒng)通訊，飛控計算機(jī)與彈內(nèi)其他子系統(tǒng)通訊時，飛控計算機(jī)作為總線控制器（BC），其他子系統(tǒng)作為飛控計算機(jī)的通訊終端和被控對象（RT）。

飛控子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時，需要交換不同類型的數(shù)據(jù)，如BIT檢測控制信號和檢測結(jié)果、導(dǎo)彈正常工作中數(shù)據(jù)交換等。導(dǎo)彈與載機(jī)通訊時，飛控子系統(tǒng)是作為RT終端，飛控子系統(tǒng)根據(jù)載機(jī)通訊要求，劃分不同發(fā)送和接收RT子地址，以滿足不同數(shù)據(jù)交換要求。導(dǎo)彈內(nèi)部1553B通訊中，飛控子系統(tǒng)作為總線控制器，其他子系統(tǒng)作為RT終端，因此，其他子系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置不同類型發(fā)送和接收RT子地址，以滿足導(dǎo)彈內(nèi)部1553B通訊時序要求。

5 導(dǎo)彈系統(tǒng)中BIT虛警分析

BIT技術(shù)對提高導(dǎo)彈系統(tǒng)測試性、維修性和保障性方面發(fā)揮了重要作用，但是也暴露出一些問題，較高的虛警在其中尤為突出。虛警是指設(shè)備的BIT系統(tǒng)或其他監(jiān)控系統(tǒng)指示有故障，而實(shí)際上不存在故障的情況，它直接導(dǎo)致了飛控子系統(tǒng)可用性降低和全壽命周期費(fèi)用提高，使得使用及維修人員對BIT逐步喪失信心，直接影響了BIT的應(yīng)用與推廣，嚴(yán)重制約了BIT技術(shù)更深入、廣泛的應(yīng)用。

BIT的虛警問題會在從飛行任務(wù)到后勤保障維護(hù)等多個方面造成嚴(yán)重后果，錯誤的BIT指示使得產(chǎn)品/部件功能得不到正常有效地利用，并且會因而影響飛行任務(wù)。需采取硬件措施和軟件措施降低BIT虛警率。包括必要的硬件濾波措施，數(shù)字濾波和卡爾曼濾波技術(shù)，可以有效消除干擾噪聲對實(shí)際信號的影響；理設(shè)置判故門限，以取得BIT故障檢測率和虛警率的合理折中，多余度信息的數(shù)據(jù)融合，在BIT故障診斷算法中引入諸多專家系統(tǒng)、自適應(yīng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等智能理論和方法等。

6 結(jié)束語

目前，國內(nèi)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的設(shè)計不太重視自檢技術(shù)，而西方發(fā)達(dá)國家研制的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)彈內(nèi)大多采用總線設(shè)計，非常重視自檢BIT技術(shù)及應(yīng)用，所以武器系統(tǒng)的可靠性高，測試性好。本文深入研究基于1553B總線的測試技術(shù)及應(yīng)用，可以大大簡化測試流程，提高測試效率，同時降低對測試設(shè)備和測試環(huán)境的要求，具有很高的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]張榮鋒，朱堅(jiān)，夏文元，孫勝利.基于PCI總線的1553B總線接口電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].紅外：2008（01）.

[2]林強(qiáng)，熊華鋼，張其善.DSP在1553B總線接口技術(shù)中的應(yīng)用[J].微計算機(jī)應(yīng)用：2004（03）.

[3]DDC. MIL-STD-1553 Designers Guide[S].2006.

[4]王建偉.基于FPGA的1553B總線接口設(shè)計[D].成都：電子科技大學(xué)，2007.