簡(jiǎn)談BITE技術(shù)及WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站原理應(yīng)用

牛超+李雪+石大山+吳昊

【摘要】本文介紹BITE技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)探討WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站的原理和結(jié)構(gòu)，通過(guò)外場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試，證明WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站在實(shí)際地面氣象探測(cè)業(yè)務(wù)中的可用性。

【關(guān)鍵詞】BITE；BIT；FRU；人工模擬故障

0引言

２０世紀(jì)70年代，美國(guó)空軍開始在航空設(shè)備中設(shè)計(jì)并安裝機(jī)內(nèi)測(cè)試設(shè)備—BITE技術(shù)，如著名的F－18戰(zhàn)斗攻擊機(jī)，該機(jī)型于1978年11月18日首飛，其雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部安裝可識(shí)別和隔離故障的測(cè)試設(shè)備（BITE）[1]。至今BITE技術(shù)在國(guó)外已得到迅速發(fā)展，逐步擴(kuò)大到各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)形成一門與可靠性、維修性并行發(fā)展的學(xué)科分支。作為一門新興學(xué)科，我國(guó)在該方面的研究起步較晚， 近些年來(lái)，有關(guān)部門已經(jīng)開展了不少的研究工作，在裝備研制中提出了測(cè)試性要求，開展了有關(guān)保障方面的工程設(shè)計(jì)工作。

1BITE技術(shù)

內(nèi)置測(cè)試設(shè)備BITE( Built in Test Equipment)是從航空領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一種設(shè)備內(nèi)部自動(dòng)測(cè)試技術(shù)[2]。隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)在提高性能的同時(shí)，也大大增加了設(shè)備的復(fù)雜性，這對(duì)設(shè)備的維修性和可靠性有很大影響。BITE技術(shù)的出現(xiàn)，可以快速地檢測(cè)該設(shè)備的故障，縮短故障檢測(cè)與維修時(shí)間，提高其可靠性與安全性。

國(guó)外如芬蘭VAISALA公司，英國(guó)COMPBELL公司和澳大利亞DATATALKER公司，都是氣象行業(yè)內(nèi)提供專業(yè)先進(jìn)設(shè)備的領(lǐng)先公司，其采集器內(nèi)置基本的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控功能，結(jié)合自檢和診斷命令，提供狀態(tài)數(shù)據(jù)，必要時(shí)可以提供交互式的測(cè)試和服務(wù)命令來(lái)確診故障。我國(guó)現(xiàn)有業(yè)務(wù)觀測(cè)使用的地面自動(dòng)氣象站設(shè)備本身還缺少內(nèi)置檢測(cè)裝置（BITE）和自檢系統(tǒng)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息自動(dòng)化，目前僅是基于自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)、輔以人工分析來(lái)判定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，不能實(shí)時(shí)科學(xué)地反映設(shè)備運(yùn)行情況和快速檢測(cè)故障部位和原因。

2WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站簡(jiǎn)介

WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站由中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心、江蘇省無(wú)線電科學(xué)研究所有限公司聯(lián)合研制，在現(xiàn)有自動(dòng)氣象站基礎(chǔ)上完成BITE電路設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)自動(dòng)氣象站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和綜合判斷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站傳感器及關(guān)鍵部件的故障自動(dòng)檢測(cè)和診斷。通過(guò)運(yùn)行監(jiān)控，提高自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)的置信度，縮短故障發(fā)生時(shí)間，保障自動(dòng)氣象站的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。運(yùn)行監(jiān)控功能目前首先要求在七要素自動(dòng)氣象站實(shí)現(xiàn)(氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、地溫)，對(duì)構(gòu)成自動(dòng)站的傳感器、采集器、電源等部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，給出狀態(tài)信息，并根據(jù)狀態(tài)信息為氣象數(shù)據(jù)加上可用性標(biāo)識(shí)。

3WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站原理

為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控，并細(xì)分故障類型，本系統(tǒng)引入了 FRU(Field Replaceable Unit) 和 BIT(Build In Test) 概念。自動(dòng)氣象站的每個(gè)組成部分，都是由若干個(gè)密切相關(guān)的 FRU 有機(jī)結(jié)合在一起而構(gòu)成。例如，雨量筒由濾網(wǎng)、漏斗、干簧管、機(jī)芯、電纜等 FRU 構(gòu)成。自動(dòng)氣象站在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵 FRU 的工作狀態(tài)進(jìn)行 BIT，可以確定故障 FRU，區(qū)分故障類型，識(shí)別相關(guān)數(shù)據(jù)的可用性，并隔離故障 FRU。通過(guò) BIT，自動(dòng)氣象站還可以對(duì)可能將要發(fā)生的故障提前發(fā)出告警。本系統(tǒng)能夠執(zhí)行兩種類型的 BIT：初始化自檢、運(yùn)行中連續(xù)自檢。自動(dòng)氣象站的 BIT 工作需結(jié)合 BITE來(lái)完成。自動(dòng)氣象站的某些 FRU(如數(shù)據(jù)采集器、監(jiān)測(cè)模塊等)內(nèi)部集成了各種 BITE，可以對(duì)自身及其他 FRU 進(jìn)行各方面的測(cè)試，對(duì)接入的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)試結(jié)果和采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到采集處理節(jié)點(diǎn)。例如，雨量監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨量數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)其中的干簧管、濾網(wǎng)等 FRU 的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

4WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站硬件結(jié)構(gòu)

WUSH-AUTO自動(dòng)氣象站由采集處理節(jié)點(diǎn)、各類監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、外部總線、光纖和業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成。各個(gè)組成部分又由多個(gè) FRU 組合而成。組成結(jié)構(gòu)見圖 1，圖中灰色部分的 FRU 中集成了 BITE。

圖 1自動(dòng)氣象站結(jié)構(gòu)圖

4.1采集處理節(jié)點(diǎn)

采集處理節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集器、氣壓傳感器、GPS、CF 卡、GPRS 通信模塊、光纖通信模塊等構(gòu)成。其中數(shù)據(jù)采集器是自動(dòng)氣象站的核心，能夠?qū)Ρ竟?jié)點(diǎn)內(nèi)的 FRU 進(jìn)行測(cè)試，通過(guò) CANopen 主站協(xié)議收集所有監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果，結(jié)合已有的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制程序，實(shí)現(xiàn)綜合處理和診斷程序，確定系統(tǒng)各種 FRU 的狀態(tài)，給出相關(guān)氣象要素?cái)?shù)據(jù)的可用性標(biāo)識(shí)。所有狀態(tài)監(jiān)控信息和經(jīng)過(guò)標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)由采集器進(jìn)行存儲(chǔ)，并負(fù)責(zé)傳輸?shù)奖镜睾瓦h(yuǎn)程中心站業(yè)務(wù)軟件。數(shù)據(jù)采集器的功能結(jié)構(gòu)如圖 2。

圖 2數(shù)據(jù)采集器功能結(jié)構(gòu)

表1模擬故障測(cè)試表

4.2監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)

監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)由監(jiān)測(cè)模塊、傳感器等構(gòu)成。其中監(jiān)測(cè)模塊是監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的核心部件，它集成了 BITE，實(shí)現(xiàn)對(duì)本身及接入的各種 FRU 進(jìn)行測(cè)試，對(duì)接入的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)試結(jié)果和采集的數(shù)據(jù)通過(guò) CANopen 從站協(xié)議發(fā)送到采集處理節(jié)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)模塊的功能結(jié)構(gòu)圖如圖3。

圖3監(jiān)測(cè)模塊功能結(jié)構(gòu)

5人工模擬故障

自動(dòng)氣象站的故障字典中對(duì)各種故障模型進(jìn)行了描述。BIT 的測(cè)試結(jié)果，通過(guò)與故障模型進(jìn)行匹配，可以識(shí)別各種 FRU 的故障。BITE故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)包括氣壓傳感器、溫度（地溫）傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、雨量傳感器、電源等10個(gè)部件。為了檢測(cè)本系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控能力，按照固定的頻率，設(shè)計(jì)了故障模擬器，制造人為的模擬故障?？梢匀斯つM測(cè)試BITE檢測(cè)能力的有28種。

6結(jié)語(yǔ)

WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站設(shè)備狀態(tài)、性能參數(shù)等自動(dòng)化監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)，將大大提高設(shè)備維護(hù)維修效率，節(jié)約設(shè)備維護(hù)維修成本，產(chǎn)生較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益，為各級(jí)氣象管理部門的備件儲(chǔ)備、設(shè)備選型及技術(shù)升級(jí)等工作提供科學(xué)的決策依據(jù)，為我國(guó)氣象預(yù)報(bào)服務(wù)能力和業(yè)務(wù)水平的進(jìn)一步提高提供有力支撐，將在我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、防災(zāi)減災(zāi)以及國(guó)際合作交流中發(fā)揮更重要的作用。

【參考文獻(xiàn)】

［１］http://uzone.univs.cn/news2_2008_467318.html，中國(guó)大學(xué)生在線網(wǎng)[OL]．

［２］http://www.china-cam.cn/news/shuyu/2007/1/129979746051F5JB5IHJ4602_2.html，中國(guó)民航維修網(wǎng)[OL]．

［責(zé)任編輯：劉帥]

【摘要】本文介紹BITE技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)探討WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站的原理和結(jié)構(gòu)，通過(guò)外場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試，證明WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站在實(shí)際地面氣象探測(cè)業(yè)務(wù)中的可用性。

【關(guān)鍵詞】BITE；BIT；FRU；人工模擬故障

0引言

２０世紀(jì)70年代，美國(guó)空軍開始在航空設(shè)備中設(shè)計(jì)并安裝機(jī)內(nèi)測(cè)試設(shè)備—BITE技術(shù)，如著名的F－18戰(zhàn)斗攻擊機(jī)，該機(jī)型于1978年11月18日首飛，其雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部安裝可識(shí)別和隔離故障的測(cè)試設(shè)備（BITE）[1]。至今BITE技術(shù)在國(guó)外已得到迅速發(fā)展，逐步擴(kuò)大到各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)形成一門與可靠性、維修性并行發(fā)展的學(xué)科分支。作為一門新興學(xué)科，我國(guó)在該方面的研究起步較晚， 近些年來(lái)，有關(guān)部門已經(jīng)開展了不少的研究工作，在裝備研制中提出了測(cè)試性要求，開展了有關(guān)保障方面的工程設(shè)計(jì)工作。

1BITE技術(shù)

內(nèi)置測(cè)試設(shè)備BITE( Built in Test Equipment)是從航空領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一種設(shè)備內(nèi)部自動(dòng)測(cè)試技術(shù)[2]。隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)在提高性能的同時(shí)，也大大增加了設(shè)備的復(fù)雜性，這對(duì)設(shè)備的維修性和可靠性有很大影響。BITE技術(shù)的出現(xiàn)，可以快速地檢測(cè)該設(shè)備的故障，縮短故障檢測(cè)與維修時(shí)間，提高其可靠性與安全性。

國(guó)外如芬蘭VAISALA公司，英國(guó)COMPBELL公司和澳大利亞DATATALKER公司，都是氣象行業(yè)內(nèi)提供專業(yè)先進(jìn)設(shè)備的領(lǐng)先公司，其采集器內(nèi)置基本的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控功能，結(jié)合自檢和診斷命令，提供狀態(tài)數(shù)據(jù)，必要時(shí)可以提供交互式的測(cè)試和服務(wù)命令來(lái)確診故障。我國(guó)現(xiàn)有業(yè)務(wù)觀測(cè)使用的地面自動(dòng)氣象站設(shè)備本身還缺少內(nèi)置檢測(cè)裝置（BITE）和自檢系統(tǒng)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息自動(dòng)化，目前僅是基于自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)、輔以人工分析來(lái)判定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，不能實(shí)時(shí)科學(xué)地反映設(shè)備運(yùn)行情況和快速檢測(cè)故障部位和原因。

2WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站簡(jiǎn)介

WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站由中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心、江蘇省無(wú)線電科學(xué)研究所有限公司聯(lián)合研制，在現(xiàn)有自動(dòng)氣象站基礎(chǔ)上完成BITE電路設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)自動(dòng)氣象站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和綜合判斷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站傳感器及關(guān)鍵部件的故障自動(dòng)檢測(cè)和診斷。通過(guò)運(yùn)行監(jiān)控，提高自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)的置信度，縮短故障發(fā)生時(shí)間，保障自動(dòng)氣象站的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。運(yùn)行監(jiān)控功能目前首先要求在七要素自動(dòng)氣象站實(shí)現(xiàn)(氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、地溫)，對(duì)構(gòu)成自動(dòng)站的傳感器、采集器、電源等部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，給出狀態(tài)信息，并根據(jù)狀態(tài)信息為氣象數(shù)據(jù)加上可用性標(biāo)識(shí)。

3WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站原理

為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控，并細(xì)分故障類型，本系統(tǒng)引入了 FRU(Field Replaceable Unit) 和 BIT(Build In Test) 概念。自動(dòng)氣象站的每個(gè)組成部分，都是由若干個(gè)密切相關(guān)的 FRU 有機(jī)結(jié)合在一起而構(gòu)成。例如，雨量筒由濾網(wǎng)、漏斗、干簧管、機(jī)芯、電纜等 FRU 構(gòu)成。自動(dòng)氣象站在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵 FRU 的工作狀態(tài)進(jìn)行 BIT，可以確定故障 FRU，區(qū)分故障類型，識(shí)別相關(guān)數(shù)據(jù)的可用性，并隔離故障 FRU。通過(guò) BIT，自動(dòng)氣象站還可以對(duì)可能將要發(fā)生的故障提前發(fā)出告警。本系統(tǒng)能夠執(zhí)行兩種類型的 BIT：初始化自檢、運(yùn)行中連續(xù)自檢。自動(dòng)氣象站的 BIT 工作需結(jié)合 BITE來(lái)完成。自動(dòng)氣象站的某些 FRU(如數(shù)據(jù)采集器、監(jiān)測(cè)模塊等)內(nèi)部集成了各種 BITE，可以對(duì)自身及其他 FRU 進(jìn)行各方面的測(cè)試，對(duì)接入的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)試結(jié)果和采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到采集處理節(jié)點(diǎn)。例如，雨量監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨量數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)其中的干簧管、濾網(wǎng)等 FRU 的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

4WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站硬件結(jié)構(gòu)

WUSH-AUTO自動(dòng)氣象站由采集處理節(jié)點(diǎn)、各類監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、外部總線、光纖和業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成。各個(gè)組成部分又由多個(gè) FRU 組合而成。組成結(jié)構(gòu)見圖 1，圖中灰色部分的 FRU 中集成了 BITE。

圖 1自動(dòng)氣象站結(jié)構(gòu)圖

4.1采集處理節(jié)點(diǎn)

采集處理節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集器、氣壓傳感器、GPS、CF 卡、GPRS 通信模塊、光纖通信模塊等構(gòu)成。其中數(shù)據(jù)采集器是自動(dòng)氣象站的核心，能夠?qū)Ρ竟?jié)點(diǎn)內(nèi)的 FRU 進(jìn)行測(cè)試，通過(guò) CANopen 主站協(xié)議收集所有監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果，結(jié)合已有的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制程序，實(shí)現(xiàn)綜合處理和診斷程序，確定系統(tǒng)各種 FRU 的狀態(tài)，給出相關(guān)氣象要素?cái)?shù)據(jù)的可用性標(biāo)識(shí)。所有狀態(tài)監(jiān)控信息和經(jīng)過(guò)標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)由采集器進(jìn)行存儲(chǔ)，并負(fù)責(zé)傳輸?shù)奖镜睾瓦h(yuǎn)程中心站業(yè)務(wù)軟件。數(shù)據(jù)采集器的功能結(jié)構(gòu)如圖 2。

圖 2數(shù)據(jù)采集器功能結(jié)構(gòu)

表1模擬故障測(cè)試表

4.2監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)

監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)由監(jiān)測(cè)模塊、傳感器等構(gòu)成。其中監(jiān)測(cè)模塊是監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的核心部件，它集成了 BITE，實(shí)現(xiàn)對(duì)本身及接入的各種 FRU 進(jìn)行測(cè)試，對(duì)接入的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)試結(jié)果和采集的數(shù)據(jù)通過(guò) CANopen 從站協(xié)議發(fā)送到采集處理節(jié)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)模塊的功能結(jié)構(gòu)圖如圖3。

圖3監(jiān)測(cè)模塊功能結(jié)構(gòu)

5人工模擬故障

自動(dòng)氣象站的故障字典中對(duì)各種故障模型進(jìn)行了描述。BIT 的測(cè)試結(jié)果，通過(guò)與故障模型進(jìn)行匹配，可以識(shí)別各種 FRU 的故障。BITE故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)包括氣壓傳感器、溫度（地溫）傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、雨量傳感器、電源等10個(gè)部件。為了檢測(cè)本系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控能力，按照固定的頻率，設(shè)計(jì)了故障模擬器，制造人為的模擬故障。可以人工模擬測(cè)試BITE檢測(cè)能力的有28種。

6結(jié)語(yǔ)

WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站設(shè)備狀態(tài)、性能參數(shù)等自動(dòng)化監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)，將大大提高設(shè)備維護(hù)維修效率，節(jié)約設(shè)備維護(hù)維修成本，產(chǎn)生較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益，為各級(jí)氣象管理部門的備件儲(chǔ)備、設(shè)備選型及技術(shù)升級(jí)等工作提供科學(xué)的決策依據(jù)，為我國(guó)氣象預(yù)報(bào)服務(wù)能力和業(yè)務(wù)水平的進(jìn)一步提高提供有力支撐，將在我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、防災(zāi)減災(zāi)以及國(guó)際合作交流中發(fā)揮更重要的作用。

【參考文獻(xiàn)】

［１］http://uzone.univs.cn/news2_2008_467318.html，中國(guó)大學(xué)生在線網(wǎng)[OL]．

［２］http://www.china-cam.cn/news/shuyu/2007/1/129979746051F5JB5IHJ4602_2.html，中國(guó)民航維修網(wǎng)[OL]．

［責(zé)任編輯：劉帥]

【摘要】本文介紹BITE技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)探討WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站的原理和結(jié)構(gòu)，通過(guò)外場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試，證明WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站在實(shí)際地面氣象探測(cè)業(yè)務(wù)中的可用性。

【關(guān)鍵詞】BITE；BIT；FRU；人工模擬故障

0引言

２０世紀(jì)70年代，美國(guó)空軍開始在航空設(shè)備中設(shè)計(jì)并安裝機(jī)內(nèi)測(cè)試設(shè)備—BITE技術(shù)，如著名的F－18戰(zhàn)斗攻擊機(jī)，該機(jī)型于1978年11月18日首飛，其雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部安裝可識(shí)別和隔離故障的測(cè)試設(shè)備（BITE）[1]。至今BITE技術(shù)在國(guó)外已得到迅速發(fā)展，逐步擴(kuò)大到各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)形成一門與可靠性、維修性并行發(fā)展的學(xué)科分支。作為一門新興學(xué)科，我國(guó)在該方面的研究起步較晚， 近些年來(lái)，有關(guān)部門已經(jīng)開展了不少的研究工作，在裝備研制中提出了測(cè)試性要求，開展了有關(guān)保障方面的工程設(shè)計(jì)工作。

1BITE技術(shù)

內(nèi)置測(cè)試設(shè)備BITE( Built in Test Equipment)是從航空領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一種設(shè)備內(nèi)部自動(dòng)測(cè)試技術(shù)[2]。隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)在提高性能的同時(shí)，也大大增加了設(shè)備的復(fù)雜性，這對(duì)設(shè)備的維修性和可靠性有很大影響。BITE技術(shù)的出現(xiàn)，可以快速地檢測(cè)該設(shè)備的故障，縮短故障檢測(cè)與維修時(shí)間，提高其可靠性與安全性。

國(guó)外如芬蘭VAISALA公司，英國(guó)COMPBELL公司和澳大利亞DATATALKER公司，都是氣象行業(yè)內(nèi)提供專業(yè)先進(jìn)設(shè)備的領(lǐng)先公司，其采集器內(nèi)置基本的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控功能，結(jié)合自檢和診斷命令，提供狀態(tài)數(shù)據(jù)，必要時(shí)可以提供交互式的測(cè)試和服務(wù)命令來(lái)確診故障。我國(guó)現(xiàn)有業(yè)務(wù)觀測(cè)使用的地面自動(dòng)氣象站設(shè)備本身還缺少內(nèi)置檢測(cè)裝置（BITE）和自檢系統(tǒng)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息自動(dòng)化，目前僅是基于自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)、輔以人工分析來(lái)判定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，不能實(shí)時(shí)科學(xué)地反映設(shè)備運(yùn)行情況和快速檢測(cè)故障部位和原因。

2WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站簡(jiǎn)介

WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站由中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心、江蘇省無(wú)線電科學(xué)研究所有限公司聯(lián)合研制，在現(xiàn)有自動(dòng)氣象站基礎(chǔ)上完成BITE電路設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)自動(dòng)氣象站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和綜合判斷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站傳感器及關(guān)鍵部件的故障自動(dòng)檢測(cè)和診斷。通過(guò)運(yùn)行監(jiān)控，提高自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)的置信度，縮短故障發(fā)生時(shí)間，保障自動(dòng)氣象站的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。運(yùn)行監(jiān)控功能目前首先要求在七要素自動(dòng)氣象站實(shí)現(xiàn)(氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、地溫)，對(duì)構(gòu)成自動(dòng)站的傳感器、采集器、電源等部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，給出狀態(tài)信息，并根據(jù)狀態(tài)信息為氣象數(shù)據(jù)加上可用性標(biāo)識(shí)。

3WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站原理

為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控，并細(xì)分故障類型，本系統(tǒng)引入了 FRU(Field Replaceable Unit) 和 BIT(Build In Test) 概念。自動(dòng)氣象站的每個(gè)組成部分，都是由若干個(gè)密切相關(guān)的 FRU 有機(jī)結(jié)合在一起而構(gòu)成。例如，雨量筒由濾網(wǎng)、漏斗、干簧管、機(jī)芯、電纜等 FRU 構(gòu)成。自動(dòng)氣象站在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵 FRU 的工作狀態(tài)進(jìn)行 BIT，可以確定故障 FRU，區(qū)分故障類型，識(shí)別相關(guān)數(shù)據(jù)的可用性，并隔離故障 FRU。通過(guò) BIT，自動(dòng)氣象站還可以對(duì)可能將要發(fā)生的故障提前發(fā)出告警。本系統(tǒng)能夠執(zhí)行兩種類型的 BIT：初始化自檢、運(yùn)行中連續(xù)自檢。自動(dòng)氣象站的 BIT 工作需結(jié)合 BITE來(lái)完成。自動(dòng)氣象站的某些 FRU(如數(shù)據(jù)采集器、監(jiān)測(cè)模塊等)內(nèi)部集成了各種 BITE，可以對(duì)自身及其他 FRU 進(jìn)行各方面的測(cè)試，對(duì)接入的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)試結(jié)果和采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到采集處理節(jié)點(diǎn)。例如，雨量監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨量數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)其中的干簧管、濾網(wǎng)等 FRU 的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

4WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站硬件結(jié)構(gòu)

WUSH-AUTO自動(dòng)氣象站由采集處理節(jié)點(diǎn)、各類監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、外部總線、光纖和業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成。各個(gè)組成部分又由多個(gè) FRU 組合而成。組成結(jié)構(gòu)見圖 1，圖中灰色部分的 FRU 中集成了 BITE。

圖 1自動(dòng)氣象站結(jié)構(gòu)圖

4.1采集處理節(jié)點(diǎn)

采集處理節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集器、氣壓傳感器、GPS、CF 卡、GPRS 通信模塊、光纖通信模塊等構(gòu)成。其中數(shù)據(jù)采集器是自動(dòng)氣象站的核心，能夠?qū)Ρ竟?jié)點(diǎn)內(nèi)的 FRU 進(jìn)行測(cè)試，通過(guò) CANopen 主站協(xié)議收集所有監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果，結(jié)合已有的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制程序，實(shí)現(xiàn)綜合處理和診斷程序，確定系統(tǒng)各種 FRU 的狀態(tài)，給出相關(guān)氣象要素?cái)?shù)據(jù)的可用性標(biāo)識(shí)。所有狀態(tài)監(jiān)控信息和經(jīng)過(guò)標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)由采集器進(jìn)行存儲(chǔ)，并負(fù)責(zé)傳輸?shù)奖镜睾瓦h(yuǎn)程中心站業(yè)務(wù)軟件。數(shù)據(jù)采集器的功能結(jié)構(gòu)如圖 2。

圖 2數(shù)據(jù)采集器功能結(jié)構(gòu)

表1模擬故障測(cè)試表

4.2監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)

監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)由監(jiān)測(cè)模塊、傳感器等構(gòu)成。其中監(jiān)測(cè)模塊是監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的核心部件，它集成了 BITE，實(shí)現(xiàn)對(duì)本身及接入的各種 FRU 進(jìn)行測(cè)試，對(duì)接入的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)試結(jié)果和采集的數(shù)據(jù)通過(guò) CANopen 從站協(xié)議發(fā)送到采集處理節(jié)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)模塊的功能結(jié)構(gòu)圖如圖3。

圖3監(jiān)測(cè)模塊功能結(jié)構(gòu)

5人工模擬故障

自動(dòng)氣象站的故障字典中對(duì)各種故障模型進(jìn)行了描述。BIT 的測(cè)試結(jié)果，通過(guò)與故障模型進(jìn)行匹配，可以識(shí)別各種 FRU 的故障。BITE故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)包括氣壓傳感器、溫度（地溫）傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、雨量傳感器、電源等10個(gè)部件。為了檢測(cè)本系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控能力，按照固定的頻率，設(shè)計(jì)了故障模擬器，制造人為的模擬故障?？梢匀斯つM測(cè)試BITE檢測(cè)能力的有28種。

6結(jié)語(yǔ)

WUSH-AUTO型自動(dòng)氣象站設(shè)備狀態(tài)、性能參數(shù)等自動(dòng)化監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)，將大大提高設(shè)備維護(hù)維修效率，節(jié)約設(shè)備維護(hù)維修成本，產(chǎn)生較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益，為各級(jí)氣象管理部門的備件儲(chǔ)備、設(shè)備選型及技術(shù)升級(jí)等工作提供科學(xué)的決策依據(jù)，為我國(guó)氣象預(yù)報(bào)服務(wù)能力和業(yè)務(wù)水平的進(jìn)一步提高提供有力支撐，將在我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、防災(zāi)減災(zāi)以及國(guó)際合作交流中發(fā)揮更重要的作用。

【參考文獻(xiàn)】

［１］http://uzone.univs.cn/news2_2008_467318.html，中國(guó)大學(xué)生在線網(wǎng)[OL]．

［２］http://www.china-cam.cn/news/shuyu/2007/1/129979746051F5JB5IHJ4602_2.html，中國(guó)民航維修網(wǎng)[OL]．

［責(zé)任編輯：劉帥]