新型雷達(dá)系統(tǒng)BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究

陳光輝，宋小梅

(南京電子技術(shù)研究所,　南京 210039)

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新型雷達(dá)系統(tǒng)BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究

陳光輝，宋小梅

(南京電子技術(shù)研究所,南京 210039)

新型雷達(dá)強(qiáng)大的功能需要多種工作模式來(lái)支撐，而多模式系統(tǒng)的故障特性、診斷測(cè)試等與工作模式緊密關(guān)聯(lián)。文中針對(duì)新型雷達(dá)多模式系統(tǒng)測(cè)試性工程設(shè)計(jì)的需求，提出了一種系統(tǒng)級(jí)機(jī)內(nèi)測(cè)試(BIT)優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)方法。該方法基于系統(tǒng)工作模式，結(jié)合系統(tǒng)性能測(cè)試設(shè)置系統(tǒng)級(jí)測(cè)試項(xiàng)目，并通過(guò)對(duì)測(cè)試資源的優(yōu)化，確定系統(tǒng)BIT故障檢測(cè)項(xiàng)目和故障隔離邏輯，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)BIT性能的提升。同時(shí)借助構(gòu)建雷達(dá)測(cè)試性模型，仿真系統(tǒng)BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，驗(yàn)證了該方法可明顯提高系統(tǒng)的故障檢測(cè)率和故障隔離率。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在一種新型雷達(dá)BIT工程設(shè)計(jì)中得到成功應(yīng)用。

新型雷達(dá)；增強(qiáng)型機(jī)內(nèi)測(cè)試；模型仿真；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0　引　言

現(xiàn)代雷達(dá)的功能與性能越來(lái)越先進(jìn)，技術(shù)與組成越來(lái)越復(fù)雜，雷達(dá)裝備的測(cè)試、故障診斷面臨的挑戰(zhàn)也越來(lái)越嚴(yán)峻。目前，雷達(dá)裝備的測(cè)試性設(shè)計(jì)還處于以經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則為主導(dǎo)的階段，而從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，測(cè)試性設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入基于模型的科學(xué)設(shè)計(jì)階段[1]。在新型雷達(dá)測(cè)試性工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測(cè)試(BIT)設(shè)計(jì)已成為測(cè)試性設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)要求。為適應(yīng)這種技術(shù)變革，從根本上增強(qiáng)雷達(dá)系統(tǒng)BIT能力，必須構(gòu)建基于模型仿真的雷達(dá)系統(tǒng)BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程技術(shù)手段。

本文結(jié)合一種新型雷達(dá)增強(qiáng)型系統(tǒng)BIT工程設(shè)計(jì)，通過(guò)建立雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試性模型，對(duì)系統(tǒng)BIT設(shè)計(jì)中測(cè)試資源優(yōu)化過(guò)程進(jìn)行仿真、驗(yàn)證和評(píng)價(jià)，確定基于模型仿真的系統(tǒng)BIT故障檢測(cè)和隔離的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

1　基于模型仿真的BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)概述

1.1新型雷達(dá)增強(qiáng)型BIT設(shè)計(jì)需求

新型雷達(dá)模塊化集成和數(shù)字化程度高，結(jié)構(gòu)更為緊湊，對(duì)模塊內(nèi)BIT技術(shù)要求更高。在雷達(dá)系統(tǒng)BIT工程實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，要綜合權(quán)衡模塊單元或模塊內(nèi)BIT占用資源、可靠性影響等參數(shù)，但單元或模塊內(nèi)BIT診斷能力有限，因此，要實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型BIT必須依賴系統(tǒng)級(jí)BIT做進(jìn)一步綜合診斷。

此外，新型雷達(dá)為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能，通常具備多種工作模式，而系統(tǒng)在不同的工作模式下又關(guān)聯(lián)不同的功能、性能故障特性。結(jié)合工作模式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能測(cè)試或故障診斷其典型特點(diǎn)為：有些性能或故障在部分模式下可測(cè)，而有些測(cè)試僅在部分模式下可用[2]。

增強(qiáng)型BIT系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于將系統(tǒng)級(jí)故障、工作模式與測(cè)試資源進(jìn)行最優(yōu)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試資源的優(yōu)化。一方面，通過(guò)測(cè)試項(xiàng)目?jī)?yōu)化選取用于增強(qiáng)系統(tǒng)BIT故障檢測(cè)能力；另一方面通過(guò)測(cè)試邏輯的優(yōu)化調(diào)整實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便、快捷的初步故障隔離。

這種基于系統(tǒng)模式進(jìn)行測(cè)試資源優(yōu)化的系統(tǒng)BIT設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)反復(fù)迭代的設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)程。需要構(gòu)建雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試性仿真模型，并結(jié)合工程設(shè)計(jì)，形成有效的系統(tǒng)BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

1.2基于模型仿真的BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)

美國(guó)DSI公司開發(fā)的eXpress軟件基于混合診斷建模技術(shù)，將功能與故障模式在同一個(gè)相關(guān)性模型中進(jìn)行統(tǒng)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(yōu)的故障推理功能[3]。eXpress軟件可將產(chǎn)品的測(cè)試性/BIT設(shè)計(jì)和功能、性能設(shè)計(jì)相結(jié)合，正確評(píng)價(jià)產(chǎn)品的測(cè)試性/BIT水平，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較分析和反饋，從而達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。

本文提出的基于eXpress測(cè)試性模型仿真的BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)主要包含以下兩方面內(nèi)容：

1) 通過(guò)構(gòu)建雷達(dá)測(cè)試性仿真模型，添加基于模式的系統(tǒng)BIT項(xiàng)目并進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)系統(tǒng)BIT故障檢測(cè)能力；

2) 通過(guò)構(gòu)建雷達(dá)測(cè)試性仿真模型，對(duì)各模式下系統(tǒng)BIT項(xiàng)目邏輯進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)快速的初步故障隔離。

在一種雷達(dá)測(cè)試性驗(yàn)證試驗(yàn)樣機(jī)BIT工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，以接收和綜合處理典型分系統(tǒng)為范例，開展基于仿真模型的系統(tǒng)BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究。目前，該項(xiàng)技術(shù)成果已成功應(yīng)用于指導(dǎo)雷達(dá)增強(qiáng)型BIT系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中。

2　BIT故障檢測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1BIT故障檢測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟

現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)BIT設(shè)計(jì)主要采用分布式檢測(cè)、集中式控制處理的原則，將雷達(dá)系統(tǒng)的故障檢測(cè)和性能檢測(cè)融為一體[4]。而在新型多模式雷達(dá)系統(tǒng)中，如何將測(cè)試資源和系統(tǒng)工作模式有效結(jié)合來(lái)優(yōu)化診斷設(shè)計(jì)，這是增強(qiáng)型BIT工程設(shè)計(jì)中面臨的問(wèn)題之一。

新型多模式雷達(dá)系統(tǒng)在不同的工作模式下通常映射到不同的硬件資源，進(jìn)而關(guān)聯(lián)不同的故障模式。如果在雷達(dá)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)基于模式的性能測(cè)試和故障檢測(cè)資源，可實(shí)現(xiàn)不同范圍硬件資源的測(cè)試覆蓋。如圖1所示，新型機(jī)載雷達(dá)通常設(shè)計(jì)有基于模式的系統(tǒng)BIT測(cè)試項(xiàng)目：空空模式系統(tǒng)BIT、偵收識(shí)別模式系統(tǒng)BIT、制導(dǎo)模式系統(tǒng)BIT、空地模式系統(tǒng)BIT等。

多模式雷達(dá)系統(tǒng)的診斷設(shè)計(jì)，需有效結(jié)合系統(tǒng)故障、工作模式與測(cè)試資源，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)BIT的優(yōu)化?；谀Ｐ头抡孢M(jìn)行BIT故障檢測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)基本步驟如以下三點(diǎn)：

1) 初始BIT的測(cè)試性建模分析

雷達(dá)初始BIT一般由單元或模塊自測(cè)試、通訊鏈路測(cè)試及系統(tǒng)基本性能測(cè)試組成。采用eXpress軟件建立雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試性仿真模型，對(duì)初始BIT故障檢測(cè)能力進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

2) 增強(qiáng)BIT的測(cè)試性建模分析

通常，初始設(shè)計(jì)的BIT診斷能力有限，結(jié)合雷達(dá)系統(tǒng)性能檢測(cè)需求，仿真模擬基于模式的系統(tǒng)BIT測(cè)試項(xiàng)目。

3)BIT測(cè)試項(xiàng)目的優(yōu)化選取

依據(jù)性能檢測(cè)要求，對(duì)仿真添加的各模式系統(tǒng)BIT測(cè)試項(xiàng)進(jìn)行加權(quán)，運(yùn)行系統(tǒng)BIT測(cè)試項(xiàng)目。綜合權(quán)衡系統(tǒng)性能檢測(cè)優(yōu)先級(jí)和故障檢測(cè)能力，確定系統(tǒng)BIT測(cè)試項(xiàng)目或組合，完成BIT系統(tǒng)故障檢測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖1　多模式雷達(dá)接收和綜合處理分系統(tǒng)功能視圖

2.2示例

接收和綜合處理分系統(tǒng)是雷達(dá)的關(guān)鍵分系統(tǒng)。通過(guò)eXpress軟件建立的一種雷達(dá)接收和綜合處理分系統(tǒng)測(cè)試性模型，如圖2所示，模型中設(shè)置的主要BIT測(cè)試項(xiàng)目包含初始BIT和優(yōu)化BIT項(xiàng)目。

圖2　一種雷達(dá)接收和綜合處理分系統(tǒng)測(cè)試性仿真模型

在初始BIT仿真的基礎(chǔ)上，依次添加基于模式的系統(tǒng)BIT測(cè)試項(xiàng)目：系統(tǒng)BIT模式1、模式2、模式3和模式4，測(cè)試覆蓋及故障檢測(cè)率，如圖3所示。仿真顯示：初始BIT故障檢測(cè)率為59%，添加系統(tǒng)BIT模式2、模式3和模式4后，故障檢測(cè)率分別為67%、87%和92%。

圖3　BIT測(cè)試覆蓋和故障檢測(cè)率仿真結(jié)果

3　BIT故障隔離優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1BIT故障隔離優(yōu)化步驟

雷達(dá)系統(tǒng)BIT故障隔離設(shè)計(jì)是BIT設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。單元或模塊級(jí)BIT故障隔離能力有限，傳統(tǒng)憑借經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)的BIT故障隔離設(shè)計(jì)，難以充分利用測(cè)試資源并形成系統(tǒng)的隔離邏輯，且隔離效果無(wú)法有效評(píng)估。

單一的系統(tǒng)測(cè)試模式下診斷出的故障無(wú)法有效隔離，多模式系統(tǒng)下不同模式的測(cè)試項(xiàng)目關(guān)聯(lián)不同的硬件資源。多模式系統(tǒng)中構(gòu)建故障-(模式)測(cè)試邏輯相關(guān)性矩陣，結(jié)合先驗(yàn)故障概率和測(cè)試費(fèi)用，通過(guò)計(jì)算和比較執(zhí)行不同模式下的測(cè)試，設(shè)計(jì)一組最優(yōu)的測(cè)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(cè)試代價(jià)[5-6]。

借助eXpress軟件建立混合診斷模型，可以憑借強(qiáng)大的故障推理功能，對(duì)故障-(模式)測(cè)試相關(guān)性矩陣進(jìn)行分析?；谀Ｐ头抡娴睦走_(dá)系統(tǒng)BIT故障隔離優(yōu)化步驟如以下四點(diǎn)：

1) 運(yùn)行系統(tǒng)初始BIT項(xiàng)目，通常不能隔離全部的故障。針對(duì)該初始BIT隔離測(cè)試下生成的診斷樹節(jié)點(diǎn)的所有模糊組，選擇與模糊組硬件組成相關(guān)聯(lián)的BIT測(cè)試模式添加到故障隔離序列中。

2) 運(yùn)行產(chǎn)生新的診斷樹，針對(duì)新的診斷樹節(jié)點(diǎn)的所有模糊組，繼續(xù)選取相關(guān)聯(lián)的BIT測(cè)試模式并添加到隔離序列，直到所有模式下的系統(tǒng)BIT測(cè)試結(jié)束。

3) 仿真調(diào)整測(cè)試序列，評(píng)價(jià)不同序列下的故障隔離效果，選取最優(yōu)故障診斷樹。

4) 針對(duì)仿真產(chǎn)生的優(yōu)化的故障隔離診斷樹，結(jié)合雷達(dá)不同模式下系統(tǒng)BIT測(cè)試結(jié)果的求解，確定系統(tǒng)最優(yōu)故障隔離邏輯。

3.2示例

接收和綜合處理分系統(tǒng)的故障隔離是雷達(dá)系統(tǒng)BIT故障隔離設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。

在該型雷達(dá)接收和綜合處理分系統(tǒng)BIT故障檢測(cè)項(xiàng)目仿真的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證在故障隔離邏輯中添加和調(diào)整基于模式的系統(tǒng)BIT測(cè)試后，對(duì)故障隔離能力的改善。

在故障隔離邏輯中根據(jù)模糊組添加相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)BIT模式，仿真調(diào)整測(cè)試序列并評(píng)價(jià)隔離效果，最終確立優(yōu)化的故障隔離診斷樹。故障隔離優(yōu)化仿真效果顯示：

1) 選擇BIT檢測(cè)項(xiàng)目作故障隔離后的初步隔離效果，如圖4所示，隔離至1個(gè)外場(chǎng)可更換模塊(LRM)的故障隔離率為65%，隔離至2個(gè)LRM的故障隔離率為93%，隔離至3個(gè)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(diào)整和添加基于模式的系統(tǒng)BIT項(xiàng)目后，故障隔離效果得到較大改善。如圖5所示，隔離至1個(gè)LRM的故障隔離率為80%，隔離至2個(gè)LRM的故障隔離率為97%。

圖5　BIT系統(tǒng)故障隔離優(yōu)化后的效果

4　結(jié)束語(yǔ)

本文技術(shù)已成功應(yīng)用于一種新型雷達(dá)測(cè)試性工程設(shè)計(jì)中，增強(qiáng)了雷達(dá)系統(tǒng)BIT綜合診斷能力。在雷達(dá)裝備研制和使用壽命周期中，其直接經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

1) 基于模型仿真的系統(tǒng)BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，最大限度利用已有測(cè)試資源來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)BIT性能，減少系統(tǒng)固有測(cè)試性設(shè)計(jì)更改；

2) 采用基于模型仿真優(yōu)化BIT設(shè)計(jì)，可以使雷達(dá)系統(tǒng)BIT故障診斷效率提高至少10%以上，降低了雷達(dá)外場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中人工排故成本；

3) 借助模型仿真開展BIT優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理優(yōu)化各級(jí)測(cè)試資源，提高整體BIT診斷效率，降低雷達(dá)使用和維護(hù)保障成本。

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陳光輝男，1979年生，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)闄C(jī)載雷達(dá)數(shù)據(jù)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(cè)試技術(shù)·DOI：10.16592/j.cnki.1004-7859.2016.06.018