基于1553B總線技術的導彈自檢測試技術研究

張友森

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

關鍵詞：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

隨著電子信息技術和人工智能技術的不斷發(fā)展，導彈武器系統(tǒng)性能指標不斷提高，相應的測試及自檢程序也變得更加復雜和耗時。由于導彈測試本身的限制，測試任務要分艙段、多設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)導彈武器系統(tǒng)的測試主要側(cè)重于武器系統(tǒng)的測試設備研發(fā)，圍繞功能需求和測試指標進行專用測試設備研制，無法做到武器系統(tǒng)的測試研究與武器系統(tǒng)設計同步開展。以空空導彈為例，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，如何實現(xiàn)系統(tǒng)地自檢和自診斷功能，合理的利用總線技術完成對導彈的性能測試是一個緊迫的課題，在導彈設計時利用軟硬件結合的自診斷技術，將測試指令與數(shù)據(jù)在子系統(tǒng)與外部測試設備之間直接傳遞，提高測試效率。

2 導彈自檢測試技術

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

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

2.1 導彈自檢測深度

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

由圖2可知，導彈自檢測深度呈現(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?！敖鹱炙痹酵?，表示被檢測模塊越多，自檢測的任務量越大，與之對應，自檢測深度就越高。為了提高導彈自檢測深度，在導彈設計初期的系統(tǒng)論證、設計階段，對重要的功能模塊電路就必須考慮自檢BIT技術的可達性，在硬件設計時加入相應自檢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。導彈自檢測深度達到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 導彈測試覆蓋率

導彈測試覆蓋率是指導彈的各子系統(tǒng)進行檢測時，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，為導彈測試覆蓋率。圖3為測試覆蓋率示意圖。

導彈測試覆蓋率越高，所需的測試時間越長，從理論上來講，測試覆蓋率是可能達到80%的，但是會給導彈設計帶來嚴重軟硬件負擔和開銷。在自檢測試設計時，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行分析、測量和計算，從而來判斷測量結果是否正確。所以，這類儀器除了需要輸出測量結果以外，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總線的導彈測試技術方案

外部測試設備、飛控子系統(tǒng)通過變壓器耦合的方式掛接在1553B總線上；在導彈內(nèi)部，飛控子系統(tǒng)以飛控計算機為控制核心，通過1553B總線與其他子系統(tǒng)通訊，如圖7所示。在該總線結構中外部設備與飛控計算機通訊時，飛控計算機作為遠程終端（RT），外部設備作為總線控制器（BC），外部設備不與導彈內(nèi)其他子系統(tǒng)通訊，飛控計算機與彈內(nèi)其他子系統(tǒng)通訊時，飛控計算機作為總線控制器（BC），其他子系統(tǒng)作為飛控計算機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果、導彈正常工作中數(shù)據(jù)交換等。導彈與載機通訊時，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)應該設置不同類型發(fā)送和接收RT子地址，以滿足導彈內(nèi)部1553B通訊時序要求。

5 導彈系統(tǒng)中BIT虛警分析

BIT技術對提高導彈系統(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。虛警是指設備的BIT系統(tǒng)或其他監(jiān)控系統(tǒng)指示有故障，而實際上不存在故障的情況，它直接導致了飛控子系統(tǒng)可用性降低和全壽命周期費用提高，使得使用及維修人員對BIT逐步喪失信心，直接影響了BIT的應用與推廣，嚴重制約了BIT技術更深入、廣泛的應用。

BIT的虛警問題會在從飛行任務到后勤保障維護等多個方面造成嚴重后果，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。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，可以有效消除干擾噪聲對實際信號的影響；理設置判故門限，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)、自適應和神經(jīng)網(wǎng)絡技術等智能理論和方法等。

6 結束語

目前，國內(nèi)導彈武器系統(tǒng)的設計不太重視自檢技術，而西方發(fā)達國家研制的導彈武器系統(tǒng)彈內(nèi)大多采用總線設計，非常重視自檢BIT技術及應用，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總線的測試技術及應用，可以大大簡化測試流程，提高測試效率，同時降低對測試設備和測試環(huán)境的要求，具有很高的應用價值。

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