新型雷达系统BIT优化设计技术研究

陈光辉，宋小梅

(南京电子技术研究所,　南京 210039)



新型雷达系统BIT优化设计技术研究

陈光辉，宋小梅

(南京电子技术研究所,南京 210039)

新型雷达强大的功能需要多种工作模式来支撑，而多模式系统的故障特性、诊断测试等与工作模式紧密关联。文中针对新型雷达多模式系统测试性工程设计的需求，提出了一种系统级机内测试(BIT)优化设计的技术方法。该方法基于系统工作模式，结合系统性能测试设置系统级测试项目，并通过对测试资源的优化，确定系统BIT故障检测项目和故障隔离逻辑，实现系统BIT性能的提升。同时借助构建雷达测试性模型，仿真系统BIT优化设计过程，验证了该方法可明显提高系统的故障检测率和故障隔离率。该项技术已经在一种新型雷达BIT工程设计中得到成功应用。

新型雷达；增强型机内测试；模型仿真；优化设计

0　引　言

现代雷达的功能与性能越来越先进，技术与组成越来越复杂，雷达装备的测试、故障诊断面临的挑战也越来越严峻。目前，雷达装备的测试性设计还处于以经验、规则为主导的阶段，而从技术发展来看，测试性设计已经进入基于模型的科学设计阶段[1]。在新型雷达测试性工程设计过程中，实现增强型系统机内测试(BIT)设计已成为测试性设计中的一项关键技术要求。为适应这种技术变革，从根本上增强雷达系统BIT能力，必须构建基于模型仿真的雷达系统BIT优化设计的工程技术手段。

本文结合一种新型雷达增强型系统BIT工程设计，通过建立雷达系统测试性模型，对系统BIT设计中测试资源优化过程进行仿真、验证和评价，确定基于模型仿真的系统BIT故障检测和隔离的优化设计方法。

1　基于模型仿真的BIT优化设计技术概述

1.1新型雷达增强型BIT设计需求

新型雷达模块化集成和数字化程度高，结构更为紧凑，对模块内BIT技术要求更高。在雷达系统BIT工程实现过程中，要综合权衡模块单元或模块内BIT占用资源、可靠性影响等参数，但单元或模块内BIT诊断能力有限，因此，要实现增强型BIT必须依赖系统级BIT做进一步综合诊断。

此外，新型雷达为实现强大的功能，通常具备多种工作模式，而系统在不同的工作模式下又关联不同的功能、性能故障特性。结合工作模式设计的系统性能测试或故障诊断其典型特点为：有些性能或故障在部分模式下可测，而有些测试仅在部分模式下可用[2]。

增强型BIT系统设计的关键在于将系统级故障、工作模式与测试资源进行最优结合，实现系统级测试资源的优化。一方面，通过测试项目优化选取用于增强系统BIT故障检测能力；另一方面通过测试逻辑的优化调整实现简便、快捷的初步故障隔离。

这种基于系统模式进行测试资源优化的系统BIT设计，是一项反复迭代的设计验证过程。需要构建雷达系统测试性仿真模型，并结合工程设计，形成有效的系统BIT优化设计方法。

1.2基于模型仿真的BIT优化设计

美国DSI公司开发的eXpress软件基于混合诊断建模技术，将功能与故障模式在同一个相关性模型中进行统一建模，其基于故障模式和基于功能的诊断推理方式，集成后形成最优的故障推理功能[3]。eXpress软件可将产品的测试性/BIT设计和功能、性能设计相结合，正确评价产品的测试性/BIT水平，并对设计方案进行比较分析和反馈，从而达到设计优化的目的。

本文提出的基于eXpress测试性模型仿真的BIT优化设计技术主要包含以下两方面内容：

1) 通过构建雷达测试性仿真模型，添加基于模式的系统BIT项目并进行优化，增强系统BIT故障检测能力；

2) 通过构建雷达测试性仿真模型，对各模式下系统BIT项目逻辑进行优化调整，实现快速的初步故障隔离。

在一种雷达测试性验证试验样机BIT工程设计过程中，以接收和综合处理典型分系统为范例，开展基于仿真模型的系统BIT优化设计技术研究。目前，该项技术成果已成功应用于指导雷达增强型BIT系统的工程设计中。

2　BIT故障检测优化设计

2.1BIT故障检测优化设计步骤

现代雷达系统BIT设计主要采用分布式检测、集中式控制处理的原则，将雷达系统的故障检测和性能检测融为一体[4]。而在新型多模式雷达系统中，如何将测试资源和系统工作模式有效结合来优化诊断设计，这是增强型BIT工程设计中面临的问题之一。

新型多模式雷达系统在不同的工作模式下通常映射到不同的硬件资源，进而关联不同的故障模式。如果在雷达系统中设计基于模式的性能测试和故障检测资源，可实现不同范围硬件资源的测试覆盖。如图1所示，新型机载雷达通常设计有基于模式的系统BIT测试项目：空空模式系统BIT、侦收识别模式系统BIT、制导模式系统BIT、空地模式系统BIT等。

多模式雷达系统的诊断设计，需有效结合系统故障、工作模式与测试资源，来实现系统级BIT的优化。基于模型仿真进行BIT故障检测优化设计基本步骤如以下三点：

1) 初始BIT的测试性建模分析

雷达初始BIT一般由单元或模块自测试、通讯链路测试及系统基本性能测试组成。采用eXpress软件建立雷达系统测试性仿真模型，对初始BIT故障检测能力进行定量评价。

2) 增强BIT的测试性建模分析

通常，初始设计的BIT诊断能力有限，结合雷达系统性能检测需求，仿真模拟基于模式的系统BIT测试项目。

3)BIT测试项目的优化选取

依据性能检测要求，对仿真添加的各模式系统BIT测试项进行加权，运行系统BIT测试项目。综合权衡系统性能检测优先级和故障检测能力，确定系统BIT测试项目或组合，完成BIT系统故障检测优化设计。

图1　多模式雷达接收和综合处理分系统功能视图

2.2示例

接收和综合处理分系统是雷达的关键分系统。通过eXpress软件建立的一种雷达接收和综合处理分系统测试性模型，如图2所示，模型中设置的主要BIT测试项目包含初始BIT和优化BIT项目。

图2　一种雷达接收和综合处理分系统测试性仿真模型

在初始BIT仿真的基础上，依次添加基于模式的系统BIT测试项目：系统BIT模式1、模式2、模式3和模式4，测试覆盖及故障检测率，如图3所示。仿真显示：初始BIT故障检测率为59%，添加系统BIT模式2、模式3和模式4后，故障检测率分别为67%、87%和92%。

图3　BIT测试覆盖和故障检测率仿真结果

3　BIT故障隔离优化设计

3.1BIT故障隔离优化步骤

雷达系统BIT故障隔离设计是BIT设计的关键技术难点。单元或模块级BIT故障隔离能力有限，传统凭借经验推导的BIT故障隔离设计，难以充分利用测试资源并形成系统的隔离逻辑，且隔离效果无法有效评估。

单一的系统测试模式下诊断出的故障无法有效隔离，多模式系统下不同模式的测试项目关联不同的硬件资源。多模式系统中构建故障-(模式)测试逻辑相关性矩阵，结合先验故障概率和测试费用，通过计算和比较执行不同模式下的测试，设计一组最优的测试序列，使其在保证故障隔离精度的前提下消耗尽可能少的期望测试代价[5-6]。

借助eXpress软件建立混合诊断模型，可以凭借强大的故障推理功能，对故障-(模式)测试相关性矩阵进行分析。基于模型仿真的雷达系统BIT故障隔离优化步骤如以下四点：

1) 运行系统初始BIT项目，通常不能隔离全部的故障。针对该初始BIT隔离测试下生成的诊断树节点的所有模糊组，选择与模糊组硬件组成相关联的BIT测试模式添加到故障隔离序列中。

2) 运行产生新的诊断树，针对新的诊断树节点的所有模糊组，继续选取相关联的BIT测试模式并添加到隔离序列，直到所有模式下的系统BIT测试结束。

3) 仿真调整测试序列，评价不同序列下的故障隔离效果，选取最优故障诊断树。

4) 针对仿真产生的优化的故障隔离诊断树，结合雷达不同模式下系统BIT测试结果的求解，确定系统最优故障隔离逻辑。

3.2示例

接收和综合处理分系统的故障隔离是雷达系统BIT故障隔离设计中的难点。

在该型雷达接收和综合处理分系统BIT故障检测项目仿真的基础上，验证在故障隔离逻辑中添加和调整基于模式的系统BIT测试后，对故障隔离能力的改善。

在故障隔离逻辑中根据模糊组添加相关联的系统BIT模式，仿真调整测试序列并评价隔离效果，最终确立优化的故障隔离诊断树。故障隔离优化仿真效果显示：

1) 选择BIT检测项目作故障隔离后的初步隔离效果，如图4所示，隔离至1个外场可更换模块(LRM)的故障隔离率为65%，隔离至2个LRM的故障隔离率为93%，隔离至3个LRM的故障隔离率为97%；

图4　初始故障隔离效果

2) 故障隔离策略中调整和添加基于模式的系统BIT项目后，故障隔离效果得到较大改善。如图5所示，隔离至1个LRM的故障隔离率为80%，隔离至2个LRM的故障隔离率为97%。

图5　BIT系统故障隔离优化后的效果

4　结束语

本文技术已成功应用于一种新型雷达测试性工程设计中，增强了雷达系统BIT综合诊断能力。在雷达装备研制和使用寿命周期中，其直接经济效益主要体现在以下三点：

1) 基于模型仿真的系统BIT优化设计技术，最大限度利用已有测试资源来增强系统BIT性能，减少系统固有测试性设计更改；

2) 采用基于模型仿真优化BIT设计，可以使雷达系统BIT故障诊断效率提高至少10%以上，降低了雷达外场试验过程中人工排故成本；

3) 借助模型仿真开展BIT优化设计，合理优化各级测试资源，提高整体BIT诊断效率，降低雷达使用和维护保障成本。

[1]邱静，刘冠军，杨鹏, 等. 装备测试性建模与设计技术[M]. 北京: 科学出版社，2012.

QIUJing,LIUGuanjun,YANGPeng,etal.Equipmenttestabilitymodelinganddesigntechnology[M].Beijing:SciencePress, 2012.

[2]杨鹏，邱静，刘冠军. 多模式系统的测试顺序优化[J]. 计算机工程与应用，2008, 44(6)：17-19.

YANGPeng,QIUJing,LIUGuanjun.Testsequenceoptimzationofmulti-modesystem[J].ComputerEngineeringandApplications, 2008, 44(6): 17-19.

[3]连光耀，黄考利，吕晓明, 等. 基于混合诊断的测试性建模与分析[J]. 计算机测量与控制, 2008,16(5)：601-603.

LIANGuangyao,HUANGKaoli,LVXiaoming,etal.Analyzingandmodelingoftestabilitybasedonhybriddiagnostic[J].ComputerMeasurementandControl, 2008, 16(5): 601-603.

[4]侯其坤. 机载雷达系统的BIT设计[J]. 现代雷达, 2003, 25(11)：7-9.

HOUQikun.Built-intestdesignfortheairborneradarsystem[J].ModernRadar, 2003, 25(11): 7-9.

[5]FANGT，PATTIPATIKR．Rolloutstrategyforsequentialfaultdiagnosis[J]．IEEETransactionsonSystems，ManandCybernetics，2003，33(1)：86-99.

[6]PIETERSMAJ，GEMUNDAV,BOSA．Amodel-basedapproachtosequentialfaultdiagnosis[J].IEEEInstrumentation&MeasurementMagazine, 2005, 10(2): 621-627.

陈光辉男，1979年生，高级工程师。研究方向为机载雷达数据处理。

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

陈光辉Email：346167613@qq.com

2016-01-20

2016-03-22

TN957.51

A

1004-7859(2016)06-0075-03

·测试技术·DOI：10.16592/j.cnki.1004-7859.2016.06.018