一種基于模型的BIT虛警識(shí)別算法

劉逸涵 王曉勇 蘇鵬濤 中國(guó)航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所

1 引言

隨著現(xiàn)代航空機(jī)載電子設(shè)備的技術(shù)含量和復(fù)雜化程度的日漸提高，機(jī)載電子設(shè)備的維修難度和故障率逐漸增大，從而增加了設(shè)備維修和保障的成本，嚴(yán)重制約了機(jī)載電子設(shè)備的發(fā)展和進(jìn)步。為使以上問(wèn)題得以解決，機(jī)載電子設(shè)備廣泛采用機(jī)內(nèi)自測(cè)試(built-in test,BIT)技術(shù)，機(jī)內(nèi)自測(cè)試技術(shù)可以自動(dòng)檢測(cè)、診斷和隔離電子設(shè)備內(nèi)部的故障，使得電子設(shè)備中的故障診斷效率和準(zhǔn)確性大大提高，從而有效地減少了維修時(shí)間，降低了維修和保障費(fèi)用。

在航空領(lǐng)域和武器裝備中，BIT技術(shù)已獲得了廣泛且成熟的應(yīng)用。通過(guò)測(cè)試性試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)哪些故障被漏檢，哪些故障檢測(cè)的方式不對(duì)、BIT虛警等BIT設(shè)計(jì)的缺陷，然后提出改進(jìn)措施，這對(duì)提高機(jī)載機(jī)電設(shè)備BIT設(shè)計(jì)能力有著重要的推動(dòng)作用。

2 機(jī)電設(shè)備常用BIT設(shè)計(jì)方法

為提高BIT檢測(cè)的正確性和完整性，除了在機(jī)電設(shè)備BIT設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置必要的測(cè)試點(diǎn)外還需要根據(jù)機(jī)電設(shè)備電路本身的特點(diǎn)設(shè)置專(zhuān)用的BIT電路，目前機(jī)電設(shè)備常用的BIT硬件電路設(shè)計(jì)方法主要包括：激勵(lì)檢測(cè)、回繞檢測(cè)、有源器件檢測(cè)等。

1）激勵(lì)檢測(cè)

通過(guò)軟件設(shè)計(jì)切換開(kāi)關(guān)來(lái)提供功能電路的激勵(lì)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)功能電路的激勵(lì)檢測(cè)，激勵(lì)檢測(cè)的過(guò)程一般是“激勵(lì)—讀入—判斷”。

2）回繞檢測(cè)

利用電路本身的輸入輸出回路資源進(jìn)行檢測(cè)的方法被稱(chēng)為回繞檢測(cè)，它是一種機(jī)內(nèi)自測(cè)試的有效方法，該方法可以在不增加硬件資源的條件下，有效地提升檢測(cè)覆蓋率。

3）有源器件檢測(cè)

有源器件檢測(cè)是對(duì)數(shù)字計(jì)算機(jī)中一些關(guān)鍵的模塊利用計(jì)算機(jī)本身的特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，它包括定時(shí)器、看門(mén)狗、ROM、RAM、中斷控制器、交叉通道數(shù)據(jù)鏈路等重要功能模塊的測(cè)試。

3 基于模型的BIT虛警識(shí)別算法

有效識(shí)別BIT虛警是解決BIT虛警問(wèn)題的關(guān)鍵，本文擬在測(cè)試性建模的基礎(chǔ)上，基于建模工具輸出的依賴(lài)矩陣（B矩陣），提出一種在系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行BIT虛警識(shí)別的算法，算法原理如下：

通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)的信號(hào)流模型可以輸出測(cè)試與各元件（故障模式）之間關(guān)系的依賴(lài)矩陣（B矩陣）。B矩陣定義的測(cè)試和元件滿(mǎn)足以下條件：若某測(cè)試通過(guò)，則與其相關(guān)的所有元件都正常；某測(cè)試不通過(guò)，則與其相關(guān)的元件中必然存在某個(gè)元件故障。

基于測(cè)試與元件之間的依賴(lài)關(guān)系定義，可以識(shí)別單個(gè)測(cè)試與其他測(cè)試之間是否存在“互斥”或彼此形成“互證”。

互斥：若某“故障指示（不通過(guò)測(cè)試）”所有相關(guān)元件都包含在某“通過(guò)測(cè)試”的相關(guān)元件中，則這兩個(gè)測(cè)試互斥，該故障指示為疑似二類(lèi)虛警。

互證：若某“故障指示”所有相關(guān)元件都包含在另一個(gè)“故障指示”的相關(guān)元件中，則這兩個(gè)測(cè)試互相形成佐證，該故障指示得到確認(rèn)。

通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試集中所有測(cè)試之間的關(guān)系（互斥或互證），可以有效識(shí)別系統(tǒng)所有故障指示中潛在的虛警。算法的基本流程如下：

step1 測(cè)試結(jié)果分組。將系統(tǒng)內(nèi)BIT測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試結(jié)果按照通過(guò)/不通過(guò)進(jìn)行分組，假設(shè)TA為所有通過(guò)測(cè)試的測(cè)試集，TB為所有未通過(guò)測(cè)試的測(cè)試集，定義TA、TB如下：

Step2 找出TB中疑似虛警的測(cè)試。首先，由測(cè)試集TA和B矩陣得到系統(tǒng)中所有正常元件的集合，定義為。式中：Ci為測(cè)試集TA中測(cè)試ti相關(guān)的元件集合。依次分析TB中每個(gè)測(cè)試，若Cj∈CN，則tj為疑似虛警的測(cè)試。其中，Cj為測(cè)試集TB中測(cè)試tj相關(guān)的元件集合。找出TB中所有疑似虛警的測(cè)試，定義疑似虛警的測(cè)試集合 TF=（t1,t2,…,tk,…,tg）。

Step3 虛警確認(rèn)。若TF不為空，則將TF中每個(gè)測(cè)試依次與TA中所有測(cè)試進(jìn)行對(duì)比，得出TF中測(cè)試tk與TA中所有測(cè)試相悖的次數(shù)，記為xk，有xk＞=1。若xk＞1，根據(jù)極大似然法則，確認(rèn)測(cè)試tk為二類(lèi)虛警。

Step4 故障確認(rèn)。將TF中未經(jīng)虛警確認(rèn)的測(cè)試依次與TB中所有測(cè)試進(jìn)行對(duì)比，得出TF中未經(jīng)虛警確認(rèn)的測(cè)試tk與TB中所有測(cè)試相互佐證的次數(shù)，記為yk。若yk＞=1，則根據(jù)極大似然法則，確認(rèn)測(cè)試tk的結(jié)果為真，并將測(cè)試tk從TF中剔除。

Step5 基于先驗(yàn)信息的疑似虛警處理。若經(jīng)過(guò)Step3-4仍有未得到確認(rèn)的虛警，則該情況必然是測(cè)試通過(guò)與測(cè)試未通過(guò)兩個(gè)測(cè)試之間存在矛盾，此時(shí)需要基于相關(guān)部件的可靠性信息和測(cè)試置信度等先驗(yàn)信息進(jìn)行綜合判斷。

以某機(jī)電系統(tǒng)的超短波頻段功能為例，采用基于信號(hào)流模型的方法對(duì)超短波頻段功能和模塊進(jìn)行測(cè)試性建模，首先，采用基于模型的虛警識(shí)別算法分析模塊可能上報(bào)的二類(lèi)虛警。然后由測(cè)試分組得到通過(guò)測(cè)試集TA=（t2,t3,t4,t7,t10），未通過(guò)測(cè)試集TB=（t1,t5,t6,t8,t9）。接著由公式得到疑似虛警的測(cè)試集合TF（t1,t5,t6）。之后由虛警確認(rèn)得到測(cè)試t1與測(cè)試t2,t3,t4,t7相悖，x1=4，由公式判定測(cè)試t1為二類(lèi)虛警。由故障確認(rèn)得出測(cè)試t5,t6分別與測(cè)試t8,t9相互佐證，且y5=3，y6=2，判定測(cè)試t5,t6的結(jié)果為真，測(cè)試t7為漏檢。至此，虛警識(shí)別算法流程執(zhí)行完畢，得出測(cè)試t1為二類(lèi)虛警，測(cè)試t7為漏檢，修正測(cè)試結(jié)果集Tend=[0000111110]。最后以Tend為輸入，采用基于B矩陣的推理診斷方法消除關(guān)聯(lián)故障帶來(lái)的級(jí)聯(lián)虛警，得到真實(shí)的故障原因?yàn)樘炀€(xiàn)接口模塊故障，測(cè)試t6,t8,t9為關(guān)聯(lián)故障。

4 結(jié)論

本文針對(duì)BIT技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)指出了當(dāng)前機(jī)載設(shè)備在BIT測(cè)試性技術(shù)方面存在的問(wèn)題，接下來(lái)介紹了幾種機(jī)電系統(tǒng)常用的BIT測(cè)試方法，最后提出了一種針對(duì)特定系統(tǒng)的信號(hào)流模型以及基于模型的BIT虛警識(shí)別算法。經(jīng)案例驗(yàn)證，本文提出的BIT虛警識(shí)別算法可以在型號(hào)工作中進(jìn)行測(cè)試性建模，具備良好的工程適用性。