導(dǎo)彈機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

吳 偉，梁 旗，林 達(dá)，崔北鵬，丁 偉

(上海機(jī)電工程研究所，上海 201109)

0 引言

導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的性能隨著大量高新技術(shù)的迭代而不斷提高，但同時(shí)也使得導(dǎo)彈內(nèi)部結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，對(duì)導(dǎo)彈綜合測(cè)試技術(shù)本身是否依然可靠安全、穩(wěn)定以及能否快速開展故障檢測(cè)診斷，提出了更高的要求。在航空航天、工業(yè)電子、軍事國(guó)防等測(cè)試性設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，先進(jìn)的測(cè)試性技術(shù)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵[1-2]。系統(tǒng)的測(cè)試性(testability)是指系統(tǒng)內(nèi)部提供的能夠檢測(cè)自身狀態(tài)并進(jìn)行故障診斷的一種設(shè)計(jì)特性，主要分為外部自動(dòng)測(cè)試(ATE，automatic test equipment)和機(jī)內(nèi)測(cè)試(BIT，built-in test)兩種。ATE是指使用外部測(cè)試工具或者測(cè)量?jī)x器設(shè)備等對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，獨(dú)立于產(chǎn)品本身單獨(dú)設(shè)計(jì)，但是測(cè)試成本高、攜帶不便且噪聲大。機(jī)內(nèi)測(cè)試，也可稱為機(jī)內(nèi)自檢(BIST，built-in self-test)，又叫嵌入式測(cè)試(ET，embedded test)，或者是自測(cè)量系統(tǒng)(self-instrumented system)，是指系統(tǒng)或設(shè)備能夠完自己成對(duì)系統(tǒng)、組件或功能模塊的狀態(tài)檢測(cè)、故障診斷以及性能測(cè)試[3-5]。

近年來(lái)，導(dǎo)彈的綜合測(cè)試更關(guān)注自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)建設(shè)、ATE研制和測(cè)試程序集(TPS，test program set)的開發(fā)及可移植，以及人工智能的應(yīng)用，這些技術(shù)助力導(dǎo)彈測(cè)試技術(shù)向多型通用、分布組合、可擴(kuò)展等方向優(yōu)化。導(dǎo)彈綜合測(cè)試技術(shù)是武器系統(tǒng)的全壽命周期中非常重要的角色[6]，高新技術(shù)的快速發(fā)展加快了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)復(fù)雜化和智能化的進(jìn)程。雖然導(dǎo)彈綜合測(cè)試技術(shù)和測(cè)量?jī)x器發(fā)展迅速，大大提高了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的測(cè)試性能和指標(biāo)，但仍然存在對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部故障精確排查的困難，并無(wú)法真正大幅有效提高導(dǎo)彈的測(cè)試性及測(cè)試覆蓋性，增加了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)工作的難度。

本文總結(jié)國(guó)內(nèi)外有關(guān)BIT技術(shù)研究現(xiàn)狀的文獻(xiàn)，介紹了BIT技術(shù)的作用、特點(diǎn)、虛警及其抑制策略，并重點(diǎn)介紹了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)領(lǐng)域相關(guān)的BIT技術(shù)。針對(duì)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)中BIT技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題，討論未來(lái)導(dǎo)彈測(cè)試性需求，并提出優(yōu)化的導(dǎo)彈BIT技術(shù)總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)導(dǎo)彈BIT技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

1 機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)

只有提高導(dǎo)彈自身的系統(tǒng)測(cè)試性，才能配合先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)開展測(cè)試[7-15]。美軍在20世紀(jì)80年代就著眼于軍用裝備的機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)，開展了許多理論研究，并完成了軍用型號(hào)配制。美軍的F系列戰(zhàn)機(jī)將BIT技術(shù)大量應(yīng)用與航空電子與機(jī)電系統(tǒng)中。美國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)將BIT成功應(yīng)用到他們生產(chǎn)的軍、民用飛機(jī)中[16-17]。隨著BIT技術(shù)的發(fā)展，該領(lǐng)域逐漸吸引了越來(lái)越多學(xué)者與行業(yè)的關(guān)注。國(guó)內(nèi)的BIT技術(shù)研究起步于20世紀(jì)70年代，以航空、航天等國(guó)防軍工領(lǐng)域?yàn)榇黹_始BIT技術(shù)的研究。目前，隨著研究愈發(fā)深入，BIT技術(shù)的應(yīng)用研究引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

美軍在1992年發(fā)布的MIL-STD-1309C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)BIT定義為“系統(tǒng)、設(shè)備內(nèi)部提供的監(jiān)測(cè)、隔離故障的自動(dòng)測(cè)試能力”[18]。在美軍的《系統(tǒng)和設(shè)備測(cè)試性大綱》中，將測(cè)試性作為與可靠性、維修性等同的測(cè)試要求，其頒布標(biāo)志著測(cè)試性已成為獨(dú)立學(xué)科[19-20]。20世紀(jì)90年代時(shí)，美軍的新型軍用裝備就注重于智能測(cè)試設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)，在可維護(hù)性、戰(zhàn)備完好性及測(cè)試性等各個(gè)方面都有了新的突破[21-23]。

BIT技術(shù)具有多種分類方法，例如邊界掃描BIT技術(shù)、模擬BIT技術(shù)、環(huán)繞BIT技術(shù)以及冗余BIT技術(shù)等[24-27]。不同的BIT技術(shù)具有不同的特點(diǎn)，如邊界掃描技術(shù)對(duì)測(cè)試電路要求較低，因此可改善測(cè)試性；模擬BIT屬于并行測(cè)試型的技術(shù)，能在操作時(shí)并行測(cè)試進(jìn)行故障排查；環(huán)繞BIT基于數(shù)字模擬環(huán)繞等不同輸入信號(hào)的方法實(shí)現(xiàn)；冗余BIT系統(tǒng)利用余度信號(hào)的對(duì)比進(jìn)行測(cè)試。

在BIT發(fā)展過(guò)程中，虛警始終困擾著其發(fā)展和應(yīng)用。設(shè)備的BIT系統(tǒng)在各類時(shí)間應(yīng)力的作用影響下容易造成故障虛假報(bào)警的現(xiàn)象。時(shí)間應(yīng)力因素包括暫態(tài)電壓、振動(dòng)、震蕩、沖擊、溫度、濕度、氣壓、液壓等等。美軍的裝備BIT使用情況經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)BIT虛警頻報(bào)而真實(shí)故障檢測(cè)率不高是裝備服役時(shí)最主要的問(wèn)題。我國(guó)GJB3385-98定義虛警為，機(jī)內(nèi)測(cè)試或其他監(jiān)測(cè)電路指示有故障而實(shí)際不存在故障的現(xiàn)象[28-30]。若無(wú)法解決BIT的虛警問(wèn)題，BIT技術(shù)的應(yīng)用就不再是“如虎添翼”，而是“畫蛇添足”，既無(wú)法真正解決系統(tǒng)故障，在處理虛警情況時(shí)還會(huì)造成人力物力等資源的浪費(fèi)。BIT虛警抑制技術(shù)按照常規(guī)可劃分為檢測(cè)、診斷和決策三個(gè)不同的層面進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)易且具有較強(qiáng)的適用性，但由于測(cè)試性容差及閾值的確定往往依靠經(jīng)驗(yàn)值，在處理瞬態(tài)故障及間歇性故障時(shí)效率比較低。

為解決復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)BIT虛警的問(wèn)題，國(guó)防科技大學(xué)提出了三種虛警抑制方法。第一種是基于信息處理流程的傳感層，特征層以及診斷決策層虛警抑制技術(shù)，提高機(jī)電系統(tǒng)BIT的診斷能力；第二種抑制方法基于系統(tǒng)模型的監(jiān)控診斷，通過(guò)設(shè)置故障閥值對(duì)殘差評(píng)價(jià)，可以在不確定因素下準(zhǔn)確判斷故障狀態(tài)，是基于魯棒故障診斷原理；第三種基于時(shí)間應(yīng)力的角度，提出了基于時(shí)間應(yīng)力分析的虛警抑制原理和技術(shù)方法，通過(guò)將核主元分析和模糊聚類分析方法結(jié)合引入，構(gòu)建虛警識(shí)別決策模型，解決關(guān)聯(lián)區(qū)域外虛警不易識(shí)別的問(wèn)題[31]。BIT降虛警時(shí)，時(shí)間應(yīng)力信息是有效的信息源，將該數(shù)據(jù)與BIT進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，能夠起到識(shí)別虛警、提高故障檢測(cè)正確率的作用[32]。

2 機(jī)內(nèi)測(cè)試中的關(guān)鍵技術(shù)

頂級(jí)的需求規(guī)范記錄了已部署產(chǎn)品的性能需求。BIT測(cè)試主要關(guān)注產(chǎn)品上電后進(jìn)行內(nèi)部自檢時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)的性能。BIT自檢選擇的測(cè)試功能稱為產(chǎn)品的關(guān)鍵功能。軍事應(yīng)用將這些功能稱為“關(guān)鍵任務(wù)”功能，這些功能是與任務(wù)性能直接相關(guān)的主要功能。關(guān)鍵任務(wù)功能的失效將導(dǎo)致主要硬件的故障而導(dǎo)致任務(wù)的失敗。

客戶提出的另一項(xiàng)要求是在現(xiàn)場(chǎng)部署產(chǎn)品時(shí)進(jìn)行維護(hù)或擴(kuò)展BIT。當(dāng)與加電自檢結(jié)合使用時(shí)，這種類型的自檢為硬件電子設(shè)備提供了更多的測(cè)試覆蓋范圍。擴(kuò)展BIT與通電BIT一起，為客戶提供硬件在其環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的必要知識(shí)。

因此，BIT的應(yīng)用和發(fā)展將大大提高武器系統(tǒng)的測(cè)試和自診斷能力，其整體框架如圖1所示。

圖1 導(dǎo)彈系統(tǒng)BIT架構(gòu)

導(dǎo)彈系統(tǒng)BIT實(shí)現(xiàn)主要包括兩個(gè)部分：1)在被試對(duì)象上安裝BIT設(shè)備，在沒有周邊測(cè)試設(shè)備或少量周邊測(cè)試設(shè)備的情況下完成導(dǎo)彈的性能測(cè)試；2)在設(shè)計(jì)被測(cè)對(duì)象系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)自檢測(cè)組件并進(jìn)行自檢測(cè)，在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，將自檢測(cè)組件進(jìn)行集成，完成功能測(cè)試和信息采集。其中自診斷技術(shù)包括故障特征的提取、知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建和推理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)等。在此過(guò)程中，通過(guò)通訊接口將BIT裝置采集到的信息發(fā)送給地面計(jì)算機(jī)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)診斷算法。在自診斷設(shè)備和方法成熟之前，無(wú)法直接在導(dǎo)彈系統(tǒng)中建立檢測(cè)設(shè)備和診斷軟件。 受被測(cè)物體積和重量的限制，自診斷技術(shù)必須解決設(shè)備小型化的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，包括小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)高精度A/D和D/A轉(zhuǎn)換及通信接口等。同時(shí)，要解決BIT激勵(lì)方法的研究、BIT激勵(lì)裝置的設(shè)計(jì)、BIT激勵(lì)裝置的設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)BIT和自診斷。此外，要解決傳統(tǒng)BIT中的故障復(fù)發(fā)和故障間歇識(shí)別問(wèn)題，必須解決大容量高精度存儲(chǔ)設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)計(jì)問(wèn)題；要完成武器系統(tǒng)中內(nèi)置故障診斷技術(shù)的研究，必須解決故障知識(shí)庫(kù)和故障詞典構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)。

智能BIT最早由美國(guó)空軍羅馬航空發(fā)展中心的Richards于1987年提出，它將人工智能理論引入BIT故障診斷，解決了傳統(tǒng)BIT無(wú)法區(qū)分間歇性故障的問(wèn)題。智能BIT經(jīng)過(guò)近10年的研究和應(yīng)用，不僅應(yīng)用于BIT智能診斷，還應(yīng)用于BIT智能設(shè)計(jì)、檢測(cè)和決策等方面。設(shè)備智能BIT提出了系統(tǒng)開發(fā)的并行設(shè)計(jì)思路，采用部件級(jí)、板級(jí)、系統(tǒng)級(jí)BIT分層集成的組織結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)級(jí)BIT智能控制單元根據(jù)測(cè)試和維護(hù)需求制定整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試計(jì)劃，并將測(cè)試命令發(fā)送到板級(jí)BIT進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試和維護(hù)總線；板級(jí)BIT智能控制與信息處理單元接收指令并采取檢測(cè)診斷策略，通過(guò)板級(jí)測(cè)試總線啟動(dòng)零件級(jí)BIT；當(dāng)部件級(jí)測(cè)試完成后，通過(guò)板級(jí)測(cè)試總線將測(cè)試結(jié)果發(fā)回板級(jí)BIT，然后由板級(jí)BIT智能控制和信息處理單元結(jié)合部件級(jí)和板級(jí)本身的信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的智能診斷，并將測(cè)試診斷結(jié)果發(fā)送到系統(tǒng)級(jí)BIT；系統(tǒng)級(jí)BIT智能綜合診斷系統(tǒng)對(duì)單板級(jí)BIT數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的智能診斷，并根據(jù)診斷結(jié)果給出系統(tǒng)重構(gòu)降級(jí)使用或更換維護(hù)的建議。

智能決策支持系統(tǒng)將定性處置特征人工智能技術(shù)與決策支持系統(tǒng)相結(jié)合。運(yùn)用知識(shí)工程、智能技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，使所創(chuàng)造的思想、邏輯推理和判斷成為一個(gè)有機(jī)體，在解決半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化問(wèn)題方面比傳統(tǒng)決策支持系統(tǒng)更有效。BIT智能決策包括BIT決策層信息集成、BIT模糊決策和BIT決策專家系統(tǒng)。BIT維修決策專家系統(tǒng)利用線路維修人員的經(jīng)驗(yàn)、前線設(shè)計(jì)人員的數(shù)據(jù)和維修專家的知識(shí)，可以確定故障類型及其危害，并進(jìn)行進(jìn)一步的決策。

設(shè)備維修過(guò)程通常分為組織級(jí)維修、中級(jí)維修和倉(cāng)庫(kù)級(jí)維修三個(gè)層次。組織級(jí)維護(hù)在運(yùn)行場(chǎng)所進(jìn)行，僅用于定期維修、故障估計(jì)和確認(rèn)以及LRU的拆卸和更換；中間維修可以隔離故障到車間更換單元；倉(cāng)庫(kù)級(jí)維修具有最高的維修能力，可以執(zhí)行與故障設(shè)備維修有關(guān)的任何任務(wù)，包括糾正維修。倉(cāng)庫(kù)級(jí)維修可以將故障隔離到車間更換組裝，也可以對(duì)所有部件進(jìn)行重新排列，產(chǎn)生損壞部件的可更換部件以及整個(gè)設(shè)備?，F(xiàn)代設(shè)備維修體系提倡組織級(jí)和倉(cāng)庫(kù)級(jí)兩級(jí)維修。要實(shí)現(xiàn)兩級(jí)維修，必須提高組織級(jí)維修能力，即提高線路維修能力。因此，提高系統(tǒng)或設(shè)備的故障檢測(cè)與診斷能力，縮短故障檢測(cè)與隔離時(shí)間，成為BIT綜合診斷與維護(hù)專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

BIT維修專家系統(tǒng)的輸入主要來(lái)自于內(nèi)置測(cè)試設(shè)備的信息，這要求內(nèi)置測(cè)試設(shè)備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性接近100%。僅將內(nèi)置測(cè)試設(shè)備數(shù)據(jù)作為唯一的維護(hù)基礎(chǔ)是不夠的。綜合決策與維護(hù)專家系統(tǒng)必須應(yīng)用各種信息資源進(jìn)行綜合決策與維護(hù)。BIT維修專家系統(tǒng)可以提高組織級(jí)維修能力，將故障檢測(cè)和定位提升到SRU級(jí)，這不僅需要設(shè)備相關(guān)信息，還需要設(shè)備的設(shè)計(jì)、測(cè)試、維修專家和操作人員的信息。鉆頭綜合決策與維護(hù)系統(tǒng)將常規(guī)檢測(cè)方法的結(jié)果、鉆頭故障診斷專家系統(tǒng)的輸出、SRU故障歷史數(shù)據(jù)和用戶觀測(cè)信息相結(jié)合，進(jìn)行綜合決策，形成SRU級(jí)故障報(bào)告和維護(hù)建議。

3 導(dǎo)彈領(lǐng)域中機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

1998年的一篇美國(guó)專利“用于在發(fā)射場(chǎng)測(cè)試導(dǎo)彈的可操作性的導(dǎo)彈試驗(yàn)方法”中，就通過(guò)BIT對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行了測(cè)試[33]。在該專利中提到，導(dǎo)彈的測(cè)試首先應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)彈BIT測(cè)試性能的測(cè)試，這些測(cè)試項(xiàng)目的信號(hào)源是由發(fā)射場(chǎng)的信號(hào)激勵(lì)的，因此不需要與導(dǎo)彈內(nèi)部進(jìn)行通信。如果性能符合要求，則無(wú)需進(jìn)一步測(cè)試。如果檢測(cè)到導(dǎo)彈性能不符合要求，則取下通信蓋，連接到內(nèi)部數(shù)據(jù)源，并重復(fù)BIT測(cè)試以確定哪些內(nèi)部組件導(dǎo)致導(dǎo)彈性能不符。當(dāng)確定有問(wèn)題的組件并進(jìn)行修復(fù)后，在取下檢修蓋的情況下重復(fù)測(cè)試，當(dāng)測(cè)試性能達(dá)標(biāo)后，再更換檢修蓋并在安裝檢修蓋的情況下重復(fù)測(cè)試。圖2中展示了專利中導(dǎo)彈BIT結(jié)構(gòu)。

圖2 專利US5721680A中的導(dǎo)彈自檢結(jié)構(gòu)

Ma等人[34]針對(duì)潛射導(dǎo)彈模型推進(jìn)發(fā)射試驗(yàn)，設(shè)計(jì)完成了基于ARM的BIT系統(tǒng)。試驗(yàn)系統(tǒng)體積小，實(shí)驗(yàn)工作正常，性能好，試驗(yàn)數(shù)據(jù)快速可靠，實(shí)現(xiàn)了加速度和角速度的測(cè)量。為水下航行器，特別是小型水下航行器提供了有效的實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立提供了理論依據(jù)。

常規(guī)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)的組成包括捷聯(lián)慣性測(cè)量組合、控制電池、雷達(dá)導(dǎo)引頭、飛控計(jì)算機(jī)、伺服機(jī)構(gòu)和電纜網(wǎng)，各單機(jī)設(shè)備內(nèi)部的集成微處理器構(gòu)成了分布式BIT的架構(gòu)。北京航天自動(dòng)控制研究所的劉仁浩等人[35]根據(jù)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)特點(diǎn)，在分布式BIT基礎(chǔ)上在飛控計(jì)算機(jī)上部署了系統(tǒng)功能參數(shù)監(jiān)測(cè)以及系統(tǒng)功能測(cè)試的集中式BIT結(jié)構(gòu)，提出了控制系統(tǒng)中各單機(jī)以及整體系統(tǒng)的BIT設(shè)計(jì)方法，取消了地面輔助測(cè)試設(shè)備的使用，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈測(cè)試和飛行試驗(yàn)前檢查的自測(cè)試。

彈載計(jì)算機(jī)是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵組成部件，其BIT技術(shù)具有可應(yīng)對(duì)硬件體積較小的限制、方法應(yīng)具備實(shí)時(shí)嵌入性、具備高可靠性以及應(yīng)具備較高兼容性等特征。天津津航計(jì)算技術(shù)研究所的邊維等人[36]通過(guò)研究彈載計(jì)算機(jī)BIT的技術(shù)特征，提出了一種基于彈載計(jì)算機(jī)的BIT設(shè)計(jì)方法(MBBIT，missile-borne computer BIT)，以小型化、嵌入式、可靠性以及兼容性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，分為產(chǎn)品故障庫(kù)建立、軟硬件設(shè)計(jì)、信息管理設(shè)計(jì)、準(zhǔn)則檢查、性能預(yù)計(jì)，提出MBBIT的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及信息管理設(shè)計(jì)方法。該文獻(xiàn)采用某型導(dǎo)彈武器系統(tǒng)內(nèi)三種不同類型的彈載計(jì)算機(jī)作為驗(yàn)證，改進(jìn)BIT軟硬件，改進(jìn)后的BIT加入了信息管理機(jī)制，對(duì)比原有簡(jiǎn)單自檢的BIT方法，改進(jìn)后的MBBIT設(shè)計(jì)方法提升了BIT故障覆蓋率及故障識(shí)別率。

中國(guó)航空無(wú)線電電子研究所的楊漫[37]面向機(jī)載嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用，開發(fā)了一種通用化的BIT軟件架構(gòu)技術(shù)，按照驅(qū)動(dòng)、算法、配置控制、接口等功能分為不同層級(jí)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同硬件環(huán)境、操作系統(tǒng)環(huán)境下BIT軟件的移植。此外，該文獻(xiàn)提出一種使BIT能夠在操作系統(tǒng)啟動(dòng)之前執(zhí)行的檢測(cè)方法，能夠確保BIT軟件與操作系統(tǒng)之間不具備關(guān)聯(lián)性，提高了BIT的有效檢測(cè)范圍。

如今，隨著戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜多變，戰(zhàn)爭(zhēng)中導(dǎo)彈的信息化能力也逐步加強(qiáng)。作為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的信息處理核心，傳統(tǒng)的嵌入式彈載計(jì)算機(jī)控制分布式單機(jī)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制等功能的運(yùn)行模式存在復(fù)雜度高、系統(tǒng)利用率低、成本高、尺寸重量大等問(wèn)題。隨著總線和系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展，將多單機(jī)系統(tǒng)集成到統(tǒng)一系統(tǒng)中的彈載綜合電子模式，正逐步成為了戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈領(lǐng)域中彈上電子電氣設(shè)備設(shè)計(jì)的主流。搭載彈上綜合電子系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈，其機(jī)內(nèi)測(cè)試模式與文獻(xiàn)[35]中傳統(tǒng)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)BIT模式有較大的區(qū)別。捷聯(lián)慣性測(cè)量組合、雷達(dá)導(dǎo)引頭信息處理模塊、衛(wèi)星導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)鏈、遙測(cè)等單機(jī)產(chǎn)品被集成到了綜合電子設(shè)備中，舍棄了占用大量彈上電纜網(wǎng)資源的單機(jī)間電連接和低速通信總線，將盡可能多的單機(jī)BIT集中到可編程片上系統(tǒng)(SoPC)進(jìn)行快速運(yùn)算，彈載綜合電子內(nèi)部單機(jī)間通過(guò)高速SRIO總線通信，與大量外部設(shè)備僅需要通過(guò)射頻基帶模塊傳遞信號(hào)。搭載綜合電子系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈BIT具有運(yùn)算速度快，通信速度快，搭建成本降低等優(yōu)勢(shì)。

北京航天自動(dòng)控制研究所的權(quán)赫等人[38]以我國(guó)新一代運(yùn)載火箭XX-5為背景，開展了運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)BIT技術(shù)全面實(shí)現(xiàn)的可行性研究，并在系統(tǒng)層面提出其設(shè)計(jì)流程和方法。該系統(tǒng)的BIT研制流程首先需要先確定系統(tǒng)BIT功能工作模式以及測(cè)試等級(jí)程度，再選擇系統(tǒng)BIT軟硬件方案，通過(guò)測(cè)試性設(shè)計(jì)選取測(cè)試點(diǎn)與測(cè)試項(xiàng)目，最后進(jìn)行方案性能的評(píng)價(jià)，以此作為優(yōu)化測(cè)試流程、縮短測(cè)試周期的依據(jù)。

目前的導(dǎo)彈自檢，通常采用二值邏輯判斷，即自檢合格或不合格，本質(zhì)上只針對(duì)導(dǎo)彈功能的測(cè)試，忽略了邊界指標(biāo)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。BIT技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的最大問(wèn)題是故障檢測(cè)和隔離能力差，且虛警率高，需要通過(guò)添置大量外部測(cè)試資源來(lái)保證上述技術(shù)指標(biāo)，導(dǎo)致昂貴的測(cè)試維修成本；同時(shí)也很難對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行研判。只有通過(guò)不斷地提升導(dǎo)彈武器系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)，融合技戰(zhàn)性能預(yù)測(cè)與評(píng)估技術(shù)，才能滿足系統(tǒng)和設(shè)備的故障預(yù)警與隔離需要。當(dāng)前，外部的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展迅速，導(dǎo)彈BIT技術(shù)設(shè)計(jì)可以采取自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(ATS，automatic test system)結(jié)合BIT的形式開展。

為了滿足未來(lái)新一代導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的測(cè)試性需求，未來(lái)導(dǎo)彈BIT需要從測(cè)試性頂層設(shè)計(jì)著手，如圖3所示。首先進(jìn)行系統(tǒng)、分系統(tǒng)以及較復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)可更換單元(LRU，line replaceable unit)級(jí)產(chǎn)品的測(cè)試性頂層設(shè)計(jì)，在開展軟硬件設(shè)計(jì)之前，預(yù)先對(duì)系統(tǒng)測(cè)試性總體開展設(shè)計(jì)與規(guī)劃，主要工作包括確定測(cè)試性要求以及故障診斷的方法；選擇測(cè)試點(diǎn)及測(cè)試項(xiàng)目并進(jìn)行診斷策略設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行系統(tǒng)BIT功能實(shí)現(xiàn)的具體設(shè)計(jì)?；谙到y(tǒng)測(cè)試性，對(duì)系統(tǒng)級(jí)BIT頂層進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要確定系統(tǒng)機(jī)內(nèi)BIT功能以及工作模式等各項(xiàng)具體要求。通過(guò)梳理全彈測(cè)試狀態(tài)下各彈上設(shè)備、組合、板級(jí)和功能模塊的測(cè)試項(xiàng)目和指標(biāo)參數(shù)，統(tǒng)計(jì)各類故障和失效模式，明確BIT設(shè)計(jì)的測(cè)試內(nèi)容和需求，區(qū)分可測(cè)項(xiàng)與不可測(cè)項(xiàng)，確定測(cè)試覆蓋性和失敗模式效應(yīng)及鑒定分析(FMECA，failure mode，effect and criticality analysis)；建立測(cè)試點(diǎn)與各組成部件的相關(guān)性模型，識(shí)別冗余測(cè)試點(diǎn)和故障隔離模糊組，對(duì)相關(guān)性矩陣進(jìn)行優(yōu)化；制定機(jī)內(nèi)BIT診斷策略，建立測(cè)試信息流與故障專家系統(tǒng)，確定BIT系統(tǒng)的軟硬件方式，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈系統(tǒng)的深度自檢；基于機(jī)內(nèi)BIT構(gòu)建導(dǎo)彈技戰(zhàn)性能自適應(yīng)預(yù)測(cè)模型；設(shè)計(jì)導(dǎo)彈故障預(yù)警與快速隔離技術(shù)。

圖3 常規(guī)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)BIT組成框圖

如圖4所示，根據(jù)導(dǎo)彈的測(cè)試需求，可將測(cè)試等級(jí)分為一級(jí)檢測(cè)、二級(jí)檢測(cè)和三級(jí)檢測(cè)。結(jié)合全彈FMECA和測(cè)試性指標(biāo)要求，系統(tǒng)BIT設(shè)計(jì)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備級(jí)關(guān)鍵參數(shù)，故障定位到設(shè)備，故障隔離到艙段。據(jù)此制定導(dǎo)彈全彈診斷策略，為保證一級(jí)檢測(cè)的故障檢測(cè)率和不同測(cè)試需求下的測(cè)試覆蓋性，可在二級(jí)和三級(jí)檢測(cè)的地面測(cè)試環(huán)境中具備供彈上產(chǎn)品上電自檢的能力；同時(shí)，基于測(cè)試時(shí)間的限制，應(yīng)盡可能規(guī)劃多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的并行測(cè)試、同一測(cè)試項(xiàng)目?jī)?nèi)部多個(gè)參數(shù)的同時(shí)采集及多個(gè)數(shù)據(jù)的同步處理等?？刹捎梅植?集中式系統(tǒng)BIT設(shè)計(jì)，盡可能通過(guò)彈上各單機(jī)設(shè)備的BIT進(jìn)行功能檢查，利用通訊總線進(jìn)行彈內(nèi)各單機(jī)設(shè)備BIT信息的通訊，測(cè)試過(guò)程中相關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷信息都匯總到一體化控制設(shè)備綜合控制計(jì)算機(jī)的指定內(nèi)存區(qū)域，再按照測(cè)試系統(tǒng)通訊協(xié)議將原始數(shù)據(jù)回傳，最終由測(cè)試設(shè)備的測(cè)試軟件進(jìn)行解析、判讀和診斷。

圖4 導(dǎo)彈武器系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測(cè)試總體方案

4 導(dǎo)彈機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展展望

未來(lái)，國(guó)內(nèi)外在導(dǎo)彈機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向可能呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：

1)BIT與被測(cè)對(duì)象緊密結(jié)合，與其他自動(dòng)測(cè)試設(shè)備一起完成武器系統(tǒng)的測(cè)試與診斷。

2)從單一人工智能發(fā)展到多元人工智能的應(yīng)用。將智能理論和方法引入BIT技術(shù)，提高BIT技術(shù)的綜合效能。在BIT技術(shù)中引入專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能理論和方法，提高設(shè)備系統(tǒng)的可測(cè)試性和運(yùn)行效率，簡(jiǎn)化維護(hù)過(guò)程，降低維護(hù)成本。

3)隨著數(shù)字化戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展，BIT的功能將得到加強(qiáng)，這將為BIT數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程分析和故障預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用提供更多的機(jī)會(huì)。

4)逐步發(fā)展集檢測(cè)、診斷、隔離、定位、控制、保護(hù)于一體的基礎(chǔ)系統(tǒng)，使試驗(yàn)設(shè)備小型化、智能化、通用與專用相結(jié)合等。

5)BIT技術(shù)不僅將應(yīng)用于航空領(lǐng)域，還將應(yīng)用于航天器領(lǐng)域。

6)新型BIT技術(shù)主要以IEEE-1149系列標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，包括面板系統(tǒng)、模塊系統(tǒng)測(cè)試和維護(hù)總線，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路和仿真電路的BIT。

5 結(jié)束語(yǔ)

為了進(jìn)一步提高裝備的測(cè)試性、維修性和可靠性，在導(dǎo)彈測(cè)試領(lǐng)域中，機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)、遠(yuǎn)程測(cè)試技術(shù)、硬件在環(huán)測(cè)試技術(shù)、智能測(cè)試與診斷技術(shù)、容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)、基于數(shù)字孿生的測(cè)試技術(shù)等新型測(cè)試技術(shù)方法正被越來(lái)越多的工程技術(shù)人員采用。但是在具體的裝備測(cè)試應(yīng)用中這些新的測(cè)試技術(shù)還存在許多問(wèn)題，例如遠(yuǎn)程測(cè)試技術(shù)的信息傳輸速率導(dǎo)致的控制時(shí)序問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試電纜安裝維護(hù)問(wèn)題；基于數(shù)字孿生技術(shù)的測(cè)試設(shè)備信息流細(xì)化問(wèn)題；以及BIT測(cè)試技術(shù)的虛警問(wèn)題等等。這些問(wèn)題影響著先進(jìn)裝備的更新?lián)Q代，需要更多力量投入到測(cè)試?yán)碚撆c方法的優(yōu)化中，同時(shí)在工程實(shí)踐中總結(jié)歸納測(cè)試技術(shù)應(yīng)用的實(shí)用方案，解決導(dǎo)彈測(cè)試流程中存在的各種問(wèn)題，應(yīng)用再分析、再設(shè)計(jì)、再驗(yàn)證的工作方法提高導(dǎo)彈武器裝備的可靠性和成熟度[39]。

目前機(jī)內(nèi)測(cè)試虛警抑制技術(shù)還有很多理論和實(shí)際問(wèn)題需要突破，未來(lái)導(dǎo)彈武器的機(jī)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，但是該項(xiàng)研究已進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，存在良好的發(fā)展機(jī)遇，擁有非常廣闊的應(yīng)用前景。未來(lái)可考慮以ATS結(jié)合BIT的方式開展導(dǎo)彈BIT技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)，既能夠縮減ATS規(guī)模提高機(jī)動(dòng)性能，有效發(fā)揮ATS的測(cè)試優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能解決BIT技術(shù)面臨的協(xié)調(diào)工作檢測(cè)等問(wèn)題。同時(shí)，隨著智能理論的發(fā)展，利用人工智能等新技術(shù)成果應(yīng)用到BIT虛警抑制技術(shù)中，為未來(lái)導(dǎo)彈BIT測(cè)試技術(shù)提供新方法和新技術(shù)。