BIT检测在雷达设备实际工程中的实现.pdf

2023 年 8 月第 4 期 现代导航 303 BIT 检测在雷达设备实际工程中的实现 代 睿（海军装备部）摘 要：雷达技术的迅速发展对设备测试性提出了越来越高的要求，机内检测（BIT）技术作为雷达测试的重要手段，其发展和设计需要贴近实际工程研制的过程，结合某雷达设备 BIT 设计开发过程，总结 BIT 设计经验和原则，对雷达设备 BIT 检测的方案设计和工程实现有较好的借鉴意义。关键词：测试性；机内检测；雷达；工程实现 中图分类号：TN955 文献标志码：A 文章编号：1674-7976-(2023)-04-303-04 Implementation of BIT in Actual Engineering of Radar Equipment DAI Rui Abstract:The rapid development of radar technology puts forward higher and higher requirements for equipment testability,Built in Test(BIT)as an important means of radar testing,its development and design need to be close to the actual engineering development process,combined with a radar equipment BIT design and development process,summarize BIT design experience and principles,for radar equipment BIT design and engineering implementation can be a good reference.Key words:Testability;Built in Test;Radar;Engineering Development Process 0 引言 雷达设备在向多功能、高性能方向发展的同时，其技术要求越来越高，硬件结构组成更加复杂，为保证雷达设备具备更可靠的作战能力、更强大的生存能力以及更稳定的工作状态，要求当故障发生时，雷达设备具备更快速的故障检测速度和更准确的故障定位能力，即针对雷达设备的测试性、维修性提出更高的要求1。机内检测（Built in Test，BIT）技术能有效提高雷达日常维护的效率，满足雷达更高的测试性和维修性需求，缩短维修时间，提升维护效率和降低维护成本2。目前 BIT 设计的原则多 收稿日期：2023-07-06。代睿（1984.12），四川自贡人，硕士，工程师，研究方向为数字阵列雷达总体设计和系统测试。依赖于经验和既有规则，面对如何增强 BIT 检测的能力和手段，构建更加合适、全面的 BIT 检测设计的问题，要求在进行 BIT 检测设计时尽可能地贴近实际工程研制过程，总结研制过程中的故障类型和故障原因，针对故障发生的机理和排查过程进行汇总，通过设计合理的 BIT 检测点，提升设备的测试性，达到缩短维修时间，提高设备可维修性的目的。1 雷达 BIT 检测的意义 BIT 是一种针对设备故障进行自动检测和故障隔离的设计，当设备发生故障时，通过 BIT 检测手段能快速上报故障发生的类型和故障名称，从而准确定位到设备发生故障的分机、分系统直到模块，通过故障类型判断雷达设备目前的状态以及对系统影响的程度，判定其是否影响真实作战场景下设 304 现代导航 2023 年 备的使用3。采用 BIT 技术已经成为武器设备发现并隔离故障的重要手段，在武器系统中采用 BIT 技术能有效提高系统自我诊断的能力，减少维修过程中问题定位的时间，对提高武器设备的可靠性和缩短武器设备的维修时间具有极为重要的意义。雷达作为各种武器设备的重要组成部分，其模块的集成化程度高、结构紧凑，发生故障时的定位更加困难，因此针对 BIT 技术的设计要求更高，提升 BIT 检测的能力极为重要，全面的 BIT 设计能极大地提高雷达设备的可靠性和可维修性，其具体表现在如下几个方面：1）提高真实作战能力 通过BIT检测的手段能提高对于雷达设备状态检测的次数，减少真实作战状态时故障发生的概率，保证雷达战备可靠程度，提升雷达设备的作战能力，对雷达设备的持续作战能力和保证战时设备可靠性有着重要意义。2）缩短故障检测时间 通过准确的 BIT 检测手段，能增加故障定位的能力，减少故障定位的时间，缩短故障维修的时间，减少故障定位的难度，提升设备的可维修性。3）减少使用保障费用 可靠性和可维修性的提升，减少了对于维修人力的需求，降低了对备件供应和保障设备的需求，同时对维修人员的培训和要求等级降低，从而减少了设备使用保障的费用。2 雷达设备中 BIT 设计 雷达 BIT 设计包括加电 BIT、周期 BIT 和维护BIT，其中加电 BIT 是指雷达整机开机时对雷达各 分系统进行检测来判断雷达整机是否正常；周期BIT 是指按固定周期对雷达各分系统进行检测并回告雷达状态；维护 BIT 需要雷达停止工作，启动检测程序对各分系统进行故障检测4，完成雷达的深度检查并回告整机状态，针对检测到的故障进行判断、决策和隔离，回告故障类型和故障名称。雷达BIT 检测流程如图 1 所示。雷达开机异常加电BIT开机自检工作期间运行周期BIT正常异常维护BIT整机自检异常维修正常 图 1 雷达 BIT 检测流程图 雷达设备通常包含天线阵面、数据处理、信号处理、伺服控制和频率合成等分系统，雷达 BIT 设计采用分布集中式系统结构，对上述各分系统进行独立测试，具备隔离到分系统内模块级故障的能力，雷达设备 BIT 结构如图 2 所示。系统BIT伺服控制信号预处理分系统信号处理频率合成天线阵面校准模块数字子阵信号处理模块数据传输数据处理波束形成模块定时模块驱动器控制模块计算机模块FC模块 图 2 雷达设备 BIT 结构图雷达正常工作期间，按多次巡回检测的方式对雷达整机进行检测，检测完成后，按照故障判断的准则进行判定回告状态，雷达的巡回检测按各模块故障表进行，并根据回告的故障进行综合定位。雷 第 4 期 代睿：BIT 检测在雷达设备实际工程中的实现 305 达设备 BIT 设计具备快速、准确的特点，实际工程研制雷达具备多种工作模式，不同模式下的功能和性能不同，针对不同工作模式下的 BIT 检测也不完全相同，可测试性也不一致，通过测试逻辑的设计、优化达到 BIT 设计的全面性和完整性。3 BIT 在实际工程中的迭代更新 在实际工程研制中雷达BIT设计是一个不断迭代更新的过程，系统 BIT 设计的一项重要基础是针对工程研制时发生的故障现象进行分析、总结，通过机理的分析对故障检测逻辑反复迭代设计、验证从而实现的过程。通过系统的仿真、逻辑的判定，结合实际工程发生的现象来不断完善 BIT 设计，形成有效的 BIT 判定准则。雷达设备的实际工程研制会经历初样机和正样机两个状态，在不同样机研制的过程中 BIT 的表现不同。1）初样机阶段 雷达的初样机阶段是 BIT 设计的初步阶段，这一阶段的 BIT 设计不够完善，针对故障点的设计不够全面，随着初样机工程研制的推进，故障现象发生，对故障现象深入地分析、总结，对故障机理进行深入剖析，设计合理的检测逻辑达到针对相应故障的发现、隔离和定位，完成 BIT 的系统设计，通过不断地举一反三，将故障检测实现的过程同步应用在其他故障设计中。针对这一阶段的故障现象汇总、分析、设计、仿真、验证和实现等步骤完成雷达整机BIT系统的初步设计并在工程中进行前期的验证。2）正样机阶段 雷达的正样机阶段是 BIT 设计的验证、完善和定型阶段，基于初样机阶段的设计和验证过程，已经实现了雷达系统 BIT 的基本设计，但这一过程中因为设计逻辑不够完善，还需要大量的测试和验证过程，在正样机阶段通过大量测试性试验，用不同的测试手段，包括破坏性和非破坏性的方式，来验证初样机阶段逻辑设计的合理性和故障隔离的有效性，达到不断完善 BIT 系统设计的目的。4 BIT 检测的发展方向 随着硬件小型化、模块化和集成化程度越来越高，计算机技术的迅速发展，包括神经网络和人工智能等理论的不断成熟，方法的不断完善，为传统BIT 技术解决故障定位不够准确、虚警率高和不能高效进行故障隔离等问题提供了更多的方式，为BIT 技术的完善、提升和应用提供了更多的手段5。随着真实作战对雷达可靠性要求不断地提高，BIT技术的发展和更新必须重视。目前针对 BIT 技术发展的研究主要有以下几个方向：1）BIT 和 ATE 方式相融合 BIT 设计是一种将故障问题定位到外场可更换模块或单元的手段，自动测试设备（Automatic Test Equipment，ATE）技术是一种将可更换模块或单元中发生的故障定位到内场可更换单元的方法，针对BIT 无法进一步进行故障隔离的问题可以通过融合ATE技术的方法进行解决，使得BIT功能更加完善，具备更好的故障隔离和定位能力，增强雷达设备在实际使用中的可靠性6。2）机电 BIT 的发展与研究 现有 BIT 设计在雷达中多使用在电子器件中，针对机电设备的BIT开发也是未来发展和研究的方向。机电 BIT 是指在机械、电气液压等非电部件在内的复杂机电设备中应用 BIT 检测7。它的发展依赖于诸如齿轮箱诊断、工况监测、铁谱分析、液压系统诊断和声发射技术等学科领域的发展，以信号处理技术、计算机技术和电子技术为依托，这些理论的发展将极大地推动机电 BIT 的发展与应用8。3）集多功能于一体的健康监测系统 随着雷达设备 BIT 技术的不断发展，技术的不断迭代更新，BIT 将发展成集多种功能于一身的技术，在包含已有的故障检测、隔离和定位功能的同时，还将融合控制9、保护的能力，具备日志查看、数据记录和故障回放的功能，同时针对故障问题提出故障排查的方案、解决的方式以及解决后的设备状态，这种集多功能的健康监测系统能不断提高雷达设备的可靠性和测试性，降低维修成本，提升设备可维修性，具有极大的应用场景10。5 结语 BIT 检测技术作为雷达设备必须具备的重要功能，对雷达进行故障发现、故障检测、故障隔离和故障定位都有着极为重要的意义，在实际作战中，BIT 检测技术也发挥着极为重要的作用。因此，BIT 306 现代导航 2023 年 方案的设计需要在雷达总体方案、整体结构、性能指标以及通用质量特性设计之初给予充足的考虑，针对雷达设备在实际工程研制过程中调试、生产、工作中的故障总结，将故障现象融入BIT总体设计。本文结合某雷达设备 BIT 设计开发过程，总结了工程研制中不同阶段 BIT 设计的迭代过程，对雷达设备的 BIT 设计有重要的参考价值。参考文献：1 石君友.测试性设计分析与验证M.北京：国防工业出版社，2011.2 侯其坤.机载雷达系统的 BIT 设计J.现代雷达，2003，25（11）：7-9 3 马彦恒，王志云，胡文华，等雷达性能测试技术M.北京：国防工业出版社，2007 4 国防科学技术工业委员会GJB2547-1995 装备测试性大纲S.中国标准出版社，1995，39-42 5 陈希祥，邱静，刘冠军装备系统测试性方案优化设计技术研究J.中国机械工程，2010，21（2）：141-145.6 翟颖华，周越文，梁学明，等.AET 中的故障诊断系统设计与实现J.空军工程大学学报，2014.7 王千骐.雷达故障检测与诊断技术及新发展J.现代电子，1999（4）：42-45.8 李修杰，詹于航.模块测试与维护总线J.航空电子技术，2023（2）：2-3.9 李伟.复杂系统的故障诊断技术现状及其发展趋势J.计算机仿真，2004（10）：4-7.10 黄鑫，常天庆.数字电路板自动测试与故障诊断系统的设计与实现J.计算机测试与控制，2010，18（7）：1512-1514.