地空導(dǎo)彈在架測試技術(shù)研究*

任續(xù)津，徐健，易仲原

(北京電子工程總體研究所，北京 100854)

0 引言

地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)是國土防空作戰(zhàn)中常年擔(dān)負(fù)戰(zhàn)備值班的武器裝備，部隊使用中要求其隨時處于良好的戰(zhàn)備狀態(tài)[1]。隨著地空導(dǎo)彈更新?lián)Q代，其武器系統(tǒng)日趨復(fù)雜[2]。地面裝備在日常訓(xùn)練和維護(hù)中，可使用模擬器進(jìn)行裝備全過程狀態(tài)檢查，從而保證其狀態(tài)處于良好的戰(zhàn)備狀態(tài)。導(dǎo)彈在技術(shù)陣地[3]，通過各種測試設(shè)備可以對彈上各設(shè)備進(jìn)行較為全面的檢查，但值班戰(zhàn)備的導(dǎo)彈需長期安裝于發(fā)射架上，溫度等自然條件的劇烈變化[4]、器件的日常性能退化老化等因素有可能對導(dǎo)彈狀態(tài)產(chǎn)生影響，而其作戰(zhàn)效能的高低直接影響到防空作戰(zhàn)的整體效果[5-6]。因此，導(dǎo)彈的在架測試就對裝備戰(zhàn)備狀態(tài)的保證起到重要作用。

1 技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

地空導(dǎo)彈在架測試技術(shù)是復(fù)雜電子裝備綜合測試技術(shù)的應(yīng)用實例，復(fù)雜電子裝備綜合測試技術(shù)是實現(xiàn)裝備可靠性、維修性、保障性、測試性和安全性的重要技術(shù)手段，是改善裝備測試性和故障診斷能力的重要途徑，在保證裝備戰(zhàn)備完好率、提高維修效率方面發(fā)揮著重要的作用[7]。復(fù)雜電子裝備廣泛采用了機(jī)內(nèi)自檢技術(shù)和自動測試技術(shù)。機(jī)內(nèi)自檢(built-in test, BIT)是指系統(tǒng)/設(shè)備依靠其內(nèi)部專設(shè)的一些自檢測電路和自檢測軟件來完成系統(tǒng)/設(shè)備自身器件的工作參數(shù)和故障自診斷，然后執(zhí)行故障隔離的一種綜合能力。自動測試技術(shù)就是在計算機(jī)的統(tǒng)一控制下自動完成對被測對象的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理以及測試結(jié)果輸出的整個測試過程的技術(shù)[8]。實現(xiàn)某種自動測試任務(wù)的設(shè)備稱為自動測試設(shè)備(automatic test equipment, ATE)。從20世紀(jì)80年代開始，美軍就開始重視BIT技術(shù)的研究，著手完成了大量理論預(yù)研和型號任務(wù)工作。美國航空工業(yè)更是是BIT技術(shù)的先驅(qū)和引領(lǐng)者，把最先進(jìn)的BIT理論和技術(shù)應(yīng)用到軍用、民用飛機(jī)中。F系列戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)電系統(tǒng)和電子設(shè)備不同程度地采用了BIT技術(shù)，波音公司也將BIT技術(shù)廣泛應(yīng)用到其主流機(jī)型中。近年來，我國對于BIT技術(shù)越來越重視，越來越多的軍用產(chǎn)品以及民用產(chǎn)品采用了BIT技術(shù)，但對于故障診斷和虛警問題還有不少問題有待研究和解決。美軍ATE技術(shù)從20世紀(jì)70年代開始經(jīng)歷了專用儀器組合、商用儀器和以VXI總線為標(biāo)志的COTS 3個階段，測試技術(shù)從專用化發(fā)展為通用化，再由通用化發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn)化。我國的測試設(shè)備也從從仿制、手動測試，逐漸發(fā)展為自主研發(fā)、全自動測試。

導(dǎo)彈在架測試，就是指導(dǎo)彈處于安裝在發(fā)射架上的狀態(tài)下，通過測試設(shè)備對導(dǎo)彈進(jìn)行的測試，主要為測試導(dǎo)彈的可發(fā)射性。與此相對，導(dǎo)彈離架測試，就是指導(dǎo)彈不處于安裝在發(fā)射架的狀態(tài)下，在特定地點使用測試設(shè)備進(jìn)行的測試。目前，地空導(dǎo)彈的離架測試技術(shù)較為成熟，手段完善，覆蓋全面，但也存在測試體系及手段單一、通用化程度較低、技術(shù)創(chuàng)新不足等問題，后續(xù)測試技術(shù)要向測試體系、通用測試、虛擬測試、網(wǎng)絡(luò)化測試以及基于LXI測試方向發(fā)展[9]。相比而言，在架測試技術(shù)還不夠成熟，測試手段和覆蓋性還不夠完善，如何在保證測試安全的情況下，借鑒離架測試技術(shù)，盡可能增加覆蓋性，簡化測試設(shè)備，仍是需要研究的問題。

2 測試需求與條件

2.1 需求分析

發(fā)射是地空導(dǎo)彈實施攔截作戰(zhàn)的第一步，因此對于激活通路通暢對于地空導(dǎo)彈來說是至關(guān)重要的，由于采用大于閾值電流且時間積累足夠的方式進(jìn)行點火，激活通路阻值若有一定的變化，也可能對點火過程產(chǎn)生影響，因此在進(jìn)行定性測試的基礎(chǔ)上，定期進(jìn)行定量測試也是一種必要的需求。

同時，供電回路、信號檢測回路、總線回路等關(guān)鍵通路，也需要定期進(jìn)行定量的測試，通過統(tǒng)計方法可以提前發(fā)現(xiàn)一些短路或斷路的情況。

地空導(dǎo)彈是由包括彈上信息處理等多種設(shè)備組成的綜合體，導(dǎo)彈的可靠性是由所有設(shè)備的可靠性串聯(lián)而成，任何一個設(shè)備異常均會造成飛行失控。因此對彈上各設(shè)備的在架加電功能性能測試也成為必要需求。

2.2 在架測試條件限制

位于發(fā)射架上的導(dǎo)彈，是安裝于發(fā)射筒內(nèi)的，并且由鎖定裝置進(jìn)行緊固鎖定，保證導(dǎo)彈在吊裝、運(yùn)輸?shù)冗^程中的穩(wěn)定性，因此，由于空間和位置固定的限制，造成導(dǎo)彈在架測試無法覆蓋到需要進(jìn)行導(dǎo)彈滾轉(zhuǎn)及舵面動作等相關(guān)的測試。由于測試環(huán)境開放且無隔離設(shè)施，在工程實現(xiàn)時對安全性要特別進(jìn)行設(shè)計，既保證人員安全，也保證裝備安全。

3 總體設(shè)計

戰(zhàn)備狀態(tài)下，導(dǎo)彈安裝于發(fā)射架上，通過電纜與發(fā)控設(shè)備相連，電纜中通常包含供電信號、控制信號、檢測信號和通信信號。發(fā)控設(shè)備主要完成對導(dǎo)彈進(jìn)行加電、瞄準(zhǔn)裝訂、實施點火和緊急情況處理等任務(wù)[10]，在導(dǎo)彈發(fā)射前，發(fā)控設(shè)備能夠?qū)Πl(fā)射相關(guān)的基本射前狀態(tài)進(jìn)行定性的檢查，但在設(shè)計過程中，導(dǎo)彈也預(yù)留了一些其他可量化的測試參數(shù)和測試接口。為增強(qiáng)導(dǎo)彈在發(fā)射車上能夠?qū)崿F(xiàn)的測試覆蓋性，可增加一種簡易測試設(shè)備，對上架導(dǎo)彈進(jìn)行更為全面的測試，供使用部隊掌握導(dǎo)彈狀態(tài)。在架測試方案連接關(guān)系見圖1。

便攜式測試設(shè)備由便攜測試箱、信號轉(zhuǎn)接器和測試電纜組成。通過信號轉(zhuǎn)接器，發(fā)控設(shè)備和便攜測試箱測試接口1連接筒彈的發(fā)控接口，信號轉(zhuǎn)接器根據(jù)不同項目將所需信號轉(zhuǎn)接至相應(yīng)測試接口。便攜測試箱的測試接口2連接到筒彈上預(yù)留的測試接口，兩者配合工作，共同完成測試流程。測試設(shè)備進(jìn)行通用化設(shè)計，針對不同型號筒彈，使用不同轉(zhuǎn)接電纜，可以實現(xiàn)測試設(shè)備的通用化。信號轉(zhuǎn)接器原理示意圖見圖2，在不同測試項目連接不同輸出接口，并通過測試軟件進(jìn)行項目設(shè)置，可以將信號通路自動切換至相應(yīng)的狀態(tài)，確保連接正確。便攜測試設(shè)備設(shè)計預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，可以供上級設(shè)備通過網(wǎng)口對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)遠(yuǎn)程測試，同時也可以通過網(wǎng)絡(luò)接口將測試設(shè)備接入測試網(wǎng)絡(luò)，作為測試體系網(wǎng)絡(luò)中的基地級測試終端。

4 測試項目

地空導(dǎo)彈在架測試由機(jī)內(nèi)自檢(BIT)和自動測試(ATE)兩大部分組成。機(jī)內(nèi)自檢由彈上設(shè)備自閉環(huán)檢測，最終將結(jié)果下傳至便攜測試設(shè)備。自動測試由便攜測試設(shè)備提供外部激勵完成測試。根據(jù)需求分析測試項目主要包含激活通路阻值測量、電氣通路測試、加電測試三大項，加電測試中有包含電源檢查、通信檢查和彈上設(shè)備功能性能測試。激活通路測量和電氣通路測試是對彈上設(shè)備外部線路測試，由于在線路中設(shè)計傳感器會增加系統(tǒng)復(fù)雜性、降低可靠性，因此該類測試不適于采用BIT技術(shù)，只能使用ATE進(jìn)行測試。電源檢查是對彈上二次電源的輸入輸出進(jìn)行定量測試，供電由外部設(shè)備提供，該項測試既可采用BIT技術(shù)也可采用ATE技術(shù)，以實際情況來看，目前采用ATE技術(shù)進(jìn)行測試，后續(xù)可根據(jù)二次電源設(shè)計改進(jìn)采用BIT進(jìn)行測試。通訊檢查同樣可以采用BIT和ATE技術(shù)，BIT可以基于通信芯片內(nèi)置的回環(huán)電路實現(xiàn)，也可以在通信線路中增加回環(huán)電路和交叉開關(guān)，由于彈上設(shè)備通信線路自測試能力各不相同，該項檢查采用ATE進(jìn)行測試。由于彈上設(shè)備已進(jìn)行了某些功能性能的BIT測試設(shè)計，因此可以采用BIT測試，結(jié)果下傳至便攜式測試設(shè)備的測試方法。

4.1 激活通路阻值測量

激活通路阻值測量是對導(dǎo)彈和發(fā)射筒內(nèi)火工電路的導(dǎo)通電阻和絕緣電阻進(jìn)行測試，根據(jù)合格范圍確定阻值是否符合要求，該項測試是筒彈測試安全保證的前提。在進(jìn)行激活通路阻值測量項目時，無需連接發(fā)控設(shè)備，測試電纜連接信號轉(zhuǎn)接器的激活通路測試接口與筒彈的發(fā)控接口，筒彈測試接口空置，同時測試軟件選擇激活通路阻值測量項目，接通激活通路阻值測量通路。

與發(fā)控設(shè)備的測試方法的區(qū)別主要是，發(fā)控設(shè)備進(jìn)行定性測試，本測量進(jìn)行定量阻值的獲取，激活通路阻值測量提供自動和人工2種方式，自動測試可以根據(jù)所選擇測試通路，對彈上各火工品激活通路導(dǎo)通電阻和絕緣電阻進(jìn)行自動測試，若自動測試的結(jié)果不符合值域范圍，可用人工測試進(jìn)行復(fù)驗，提高測試準(zhǔn)確性，排除誤判情況。絕緣電阻測試是導(dǎo)彈控制系統(tǒng)測試的重要項目之一，絕緣電阻是反映電路各獨立回路之間絕緣程度的重要指標(biāo)[11]?；鸸る娐方^緣電阻值很大，測試回路導(dǎo)線內(nèi)阻可以忽略不計，采用二線制測量方法[12]。導(dǎo)彈火工品回路的導(dǎo)通電阻往往很小，與測試回路的導(dǎo)線內(nèi)阻相當(dāng)，因此采用四線制測量方法[13]，如圖3a)所示，采用精確恒流源給被測電阻R供電，電流為I，理想情況下電壓測量端接在被測電阻兩端且內(nèi)阻極大，根據(jù)并聯(lián)電路分流關(guān)系，Iv可以忽略不計，因此

(1)

但是由于不同型號筒彈所能達(dá)到的電壓測量點不同，不能保證電壓測量點剛好在要測量的阻值兩端，如圖3b)所示，實際測量的電阻可能會有附加阻值R0，

R0=Ra+Rb.

(2)

為了消除附加阻值的影響，在進(jìn)行激活通路阻值測量前先進(jìn)行回路測試，即將a，b兩點短接，如圖3c)所示，測量附加阻值R0，

(3)

接入被測電路后，測得實際回路中阻值，

(4)

因此，被測電阻為

(5)

采用不進(jìn)行誤差消除和進(jìn)行誤差消除兩種方法進(jìn)行測量，得出一組測量值，見表1。

表1 小電阻測量結(jié)果對比

進(jìn)行回路測試消除誤差前后對比見圖4，從圖中可以看出，當(dāng)被測電阻值越小時，不進(jìn)行回路測試，其測量值誤差越大。

選取消除誤差后的測量值和真值進(jìn)行最小二乘法曲線擬合，得到圖5所示的擬合曲線，從圖中可已得到相關(guān)系數(shù)R2=0.999 9，表明該設(shè)備采用四線制方法進(jìn)行小電阻測量精度較高。

4.2 電氣通路測試

電氣通路測試是對被測對象電氣系統(tǒng)通路進(jìn)行檢查，測量各信號和信號回線之間、信號點之間的阻抗情況，通過統(tǒng)計分析的方法，可以確定一些短路或者斷路故障。在進(jìn)行電氣通路測試時，無需連接發(fā)控設(shè)備，測試電纜連接信號轉(zhuǎn)接器電氣通路測試接口和筒彈的發(fā)控接口，筒彈的測試接口連接便攜測試箱的測試接口2，測試軟件選擇電氣通路測試項目，接通電氣通路測試通路。電氣通路測試內(nèi)容包括供電回路、信號檢測回路、總線回路等阻抗。電氣通路測試同樣提供自動和人工2種方式，自動測試為主，當(dāng)測試結(jié)果超差采用人工方式進(jìn)行復(fù)驗。

4.3 加電測試

為對筒彈進(jìn)行綜合的測試，需要導(dǎo)彈處于加電狀態(tài)，因此設(shè)計了加電測試。加電測試是發(fā)控設(shè)備和便攜測試設(shè)備協(xié)同完成的測試項目，發(fā)控設(shè)備提供彈地通信接口以及導(dǎo)彈供電電源，進(jìn)行彈地通信及功能性能定性測試，利用發(fā)控設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)彈供電也減輕了便攜測試設(shè)備的質(zhì)量。便攜測試設(shè)備提供彈上通信接口以及檢測信號接口，進(jìn)行彈上設(shè)備通信測試及檢測信號定量測試。進(jìn)行加電測試時，發(fā)控設(shè)備連接至信號轉(zhuǎn)接器發(fā)控接口，測試電纜連接信號轉(zhuǎn)接器加電測試接口和筒彈的發(fā)控接口，筒彈的測試接口連接便攜測試箱測試接口2，測試軟件選擇加電測試項目，接通加電測試回路，具體項目包括如下幾部分：

4.3.1 電源檢查

電源檢查分為一次電源檢查和二次電源檢查。

一次電源檢查是在發(fā)控設(shè)備本地進(jìn)行導(dǎo)彈供電后，使用便攜測試箱通過測試電纜采集彈上供電電壓和電流，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)范圍判斷一次電源供電情況。

二次電源檢查是檢查彈上各設(shè)備的工作電壓，通過統(tǒng)計量值，采用數(shù)據(jù)演變分析的判讀方法，觀察數(shù)據(jù)的變化情況，進(jìn)而判斷彈上設(shè)備的情況。

4.3.2 通訊檢查

通訊檢查分為彈上通訊檢查及彈地通訊檢查。

彈上通訊檢查主要檢查彈上各設(shè)備的通訊功能是否正常，便攜測試箱通過測試接口向彈上各設(shè)備(如應(yīng)答機(jī)、導(dǎo)引頭等)發(fā)送測試指令，通過接收應(yīng)答信息，判定彈上設(shè)備的通訊功能是否正常。

彈地通訊檢查主要檢查彈地通訊功能是否正常，發(fā)控設(shè)備通過發(fā)控接口向彈上主控設(shè)備發(fā)送自檢指令，彈上主控設(shè)備完成自檢之后，將自檢結(jié)果下傳至發(fā)控設(shè)備，發(fā)控設(shè)備通過自檢結(jié)果判定彈地通訊功能是否正常。

4.3.3 彈上設(shè)備功能性能測試

為檢查某一彈上設(shè)備的功能性能，使用發(fā)控設(shè)備向彈上主控設(shè)備發(fā)送測試指令，由其控制彈上某一設(shè)備執(zhí)行測試指令的具體動作，其將結(jié)果反饋給彈上主控設(shè)備，彈上主控設(shè)備將執(zhí)行結(jié)果下傳至發(fā)控設(shè)備，測試人員根據(jù)設(shè)定值判斷響應(yīng)正確性。

慣性測量裝置是導(dǎo)彈等飛行器導(dǎo)航制導(dǎo)的關(guān)鍵部件，其精度決定了導(dǎo)彈的命中精度[14-15]，但其初始對準(zhǔn)誤差會隨著時間傳播累積[16]，因此需要定期或不定期對其漂移進(jìn)行測試，以確定慣性測量裝置是否還在正常工作范圍內(nèi)。慣導(dǎo)精度測試是由發(fā)控設(shè)備向彈上主控設(shè)備發(fā)送測試指令，由彈上主控設(shè)備控制完成慣導(dǎo)精度測試，并將結(jié)果下傳至發(fā)控設(shè)備，根據(jù)結(jié)果判定慣性測量裝置的狀態(tài)。

5 測試安全性

作為測試對象的導(dǎo)彈，是具有強(qiáng)烈爆炸危險性的產(chǎn)品。測試項目的選擇，固然有眾多因素需要考慮，但保障測試安全當(dāng)屬首位[17]?？紤]到筒彈的空間條件限制，為保證安全，引戰(zhàn)系統(tǒng)及與其相關(guān)的測試不包括在在架測試范圍內(nèi)。

除了測試項目的選擇，測試設(shè)備的安全性設(shè)計也具有重要作用。在激活通路阻值測量項目中，從安全性上考慮，根據(jù)實際要求，設(shè)備輸出最大電流不超過10 mA[18]，便攜測試箱內(nèi)部的激活通路阻值測量模塊在工作時不能使用外供電，以防止由于電網(wǎng)不穩(wěn)定而引起的瞬時電流過大對設(shè)備造成損壞從而引發(fā)事故，因此，在設(shè)計中采用內(nèi)部電池供電的方法。所選用鋰電池，內(nèi)部集成保護(hù)功能電路，能夠防止電池過充、過放，并能實現(xiàn)短路、斷路保護(hù)，從源頭上保障功能電路在測試過程中的安全可靠。同時，電路中有多個器件會對輸出電流起到限制作用，一旦出現(xiàn)器件失效的情況，整個電路的對外輸出將變?yōu)?，從而避免了在故障情況下，輸出超過安全電流10 mA的情況發(fā)生。

為解決電纜連接狀態(tài)錯誤造成安全問題，信號轉(zhuǎn)接器采用雙重安全控制。除了不同測試項目使用不同接口外，信號轉(zhuǎn)接器內(nèi)部也會根據(jù)不同測試項目，自動接通相應(yīng)信號線路的控制開關(guān)組件，測試軟件對于不同測試項目進(jìn)行互斥選擇，因此不同測試項目的控制開關(guān)組件不會同時接通，防止彈上火工產(chǎn)品被誤激活，通過人工的測試接口選擇與自動的接口信號通斷控制相結(jié)合，為測試提供安全雙保險。同時測試通路采用雙觸點控制，保證線路的可靠性。

便攜測試箱設(shè)計有網(wǎng)絡(luò)接口，在必要的時候，可以進(jìn)行設(shè)備遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)遠(yuǎn)程測試，保證了測試人員的安全性。同時該設(shè)備可以作為基地級測試設(shè)備終端接入測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成完整的網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)，符合體系化、網(wǎng)絡(luò)化測試的發(fā)展要求。

6 本方案特點

本文進(jìn)行地空導(dǎo)彈在架測試研究所提出的方案，具有以下特點：

(1) 具有較好的經(jīng)濟(jì)性。本方案充分考慮到如何利用現(xiàn)有設(shè)備資源，進(jìn)行合理補(bǔ)充，在提高導(dǎo)彈測試覆蓋性的同時，兼顧設(shè)備的經(jīng)濟(jì)型，重復(fù)功能不進(jìn)行覆蓋，從而提高了設(shè)備的經(jīng)濟(jì)型，也增強(qiáng)了便捷性。

(2) 具有較高的安全性。由于被測對象的高危險性，本文所提出的方案將安全性設(shè)計放在首位，從硬件和軟件層面設(shè)計了多重保護(hù)，切實保證測試人員的安全性，同時也為遠(yuǎn)程測試預(yù)留了設(shè)計空間。

(3) 具有較強(qiáng)的通用性。本文所提出的方案，在設(shè)計之初就考慮到設(shè)備的通用性，在進(jìn)行需求分析的基礎(chǔ)上，將測試項目進(jìn)行歸化整合，通過轉(zhuǎn)接測試電纜進(jìn)行接口適配之后，該方案所設(shè)計的測試設(shè)備可以覆蓋絕大多數(shù)地空導(dǎo)彈的測試需求。

(4) 符合測試設(shè)備體系化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向。該設(shè)備設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)接口，可以作為基地級測試設(shè)備終端接入測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成完整的網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)。

7 結(jié)束語

本文提出了一種地空導(dǎo)彈在架測試方案，并對可以進(jìn)行的測試項目進(jìn)行了研究。該方案在有效利用現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加便攜測試設(shè)備提高導(dǎo)彈的測試覆蓋性，借用發(fā)控設(shè)備的導(dǎo)彈地面電源為導(dǎo)彈供電，降低了便攜測試設(shè)備的質(zhì)量與體積，更方便使用，同時從設(shè)計角度保證了測試的安全性。該方案提出的在架測試從定性和定量2方面對導(dǎo)彈進(jìn)行更為全面的檢查，能夠有效保證處于戰(zhàn)備值班狀態(tài)的導(dǎo)彈具有良好的性能狀態(tài)。

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