武器系統BIT的設計與應用＊

鄭文榮 夏清濤

（海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033）

1 BIT技術

信息化條件下的現代戰爭對裝備自身可測試性提出了更高的要求，機內測試（Built－in test）BIT技術的應用適應了裝備技術的發展，提高了故障診斷精確性、顯著地縮短診斷時間、降低維修保障成本和對維修人員的技能要求，從而提高裝備的完好率。BIT是指“系統、設備內部提供的檢測、隔離故障的自動測試能力”，即系統或設備本身具備進行故障檢測、隔離或診斷的自動測試能力，而用于完成BIT功能的可以識別的硬件叫機內測試設備（BITE）。BIT技術的應用彌補了采用外部ATE測試的不足，在提高設備自身故障診斷能力的同時，大大降低設備的總體維護費用［1～4］。

BIT技術最初產生于20世紀70年代，目的在于改善裝備的維修性、測試性和自診斷能力，并首先應用于航空航天領域和軍事領域［5］。80年代以后神經網絡、專家系統、模糊邏輯等智能理論和方法相繼應用于BIT的故障診斷中，使得BIT的故障診斷能力提到大幅度的提高，并逐步解決BIT中存在的虛警問題。90年代以后，分級BIT技術、邊界掃描技術等在BIT的應用使得BIT技術獲得了越來越廣泛的應用。在國內，BIT的研制主要集中在航空航天和軍用裝備系統中，其中最為典型的是各式雷達系統和機載設備［6～9］。

典型的BIT系統設計一般具備加電／啟動BIT、周期BIT和維護BIT三種工作模式。啟動BIT主要用于執行任務前系統狀態的檢查；周期BIT用于任務執行過程中對系統關鍵指標或狀態的監控；維護BIT用于系統維護時的系統的故障檢測與隔離。典型的BIT工作流程如圖1所示，BIT系統在各種工作模式下能夠檢測系統中存在的故障，并將故障定位到可更換單元（Line replace unit，LRU）。

2 武器系統BIT設計與實現

BIT是測試大型復雜電路的有效方法，BIT由硬件本身執行完成的可測性設計技術［5～7］。在武器系統中，BIT模塊是可測性設計的重要組成部分，在各個分系統中都有相應的檢測點和檢測電路，可實現對系統內可更換部件的故障診斷。

2.1 BIT診斷體系

線性反饋移位寄存器LFSR是BIT中最常見的一種硬件結構，在某復雜控制系統診斷體系中，將LFSR作為響應分析器。自診斷體系中的響應分析器由單輸入16階外部異或型LFSR線性反饋移位寄存器組成，其中的第7，9，12，16位反饋到輸入端中，診斷體系組成結構如圖2所示。

圖2 BIT檢測與診斷體系

其中ATPG為測試模式生成，ROM存儲器存儲無故障電路響應。LFSR響應分析器如圖3所示，反饋多項式可表示為式（1）：

圖3 LFSR響應分析器

LFSR的狀態轉換關系如方程（2）所示：

式（3）中的矩陣A為LFSR響應分析器的一個16×16的二進制反饋多式項的狀態矩陣。由于f（x）是簡單多項式，因此LFSR產生的序列是長度為216－1的最長序列。控制系統的每一部件的均設置檢測點，每個部件檢測點壓縮輸出成為1～4個診斷位（狀態字），系統的所有診斷位的響應信號選擇輸出端進入LFSR進行線性壓縮。被檢測部件電路響應信號通過移位寄存器壓縮后輸出，通過LFSR比較壓縮響應的狀態輸出和存儲在微程序存儲器中無故障電路的期待響應數據來判斷被測部件電路是否存在故障。

2.2 艦炮武器系統BIT設計

艦炮武器系統作為現代海戰中進攻和防御體系的重要組成部分，為提高該武器系統可靠性與可維修性，在進行系統設計中對全系統中的各個單元均進行了可測試性設計，將BIT單元嵌入到各個單元模塊中，并由專門的自動檢測設備（BITE）負責完成對所屬單元與部件的檢測［11］。在某艦炮武器系統中，BITE自檢測設備能實現對系統的故障集中管理（包括檢測、診斷、定位）、綜合狀態監控、模擬訓練及數據錄取分析等功能，BITE的主要使命任務包括：

1）完成系統檢查、訓練和數據錄取任務；

2）完成系統網絡狀態監控和設備狀態監控任務；

3）完成系統錄取數據的分析、管理和輸出控制任務。

該艦炮武器系統的BITE設備與武器系統其他設備之間的接口包括數字接口和模擬接口。數字接口包括網絡接口和串行接口，網絡接口以報文形式交換信息，根據通信方式和功能差異，網絡接口可分為兩種類型：網絡通信接口和網絡偵聽接口。BITE數字接口連接示意圖如圖4所示。

圖4 艦炮武器系統BITE接口

BITE主控計算機通過雙冗余網卡接入系統網絡，實現與系統內其他設備間的網絡數據交換功能；BITE數據處理機的兩塊偵聽網卡分別連接系統交換機兩個網絡通信模塊的偵聽端口，實現對系統網絡交換信息的錄取功能；BITE通過串行接口連接網絡交換機的其中一個通信模塊，實現網絡監控功能。BITE設備的模擬接口主要包括與搜索雷達、跟蹤雷達、光電跟蹤儀、火炮和火控二臺之間的接口。

2.3 BIT檢測點設置

為保證系統的可靠運行，在武器系統設計時通常對其組件、部件都進行了可測性設計，在每個可更換的單元組件中設置數量不等的檢測點，在檢測狀態下通過檢查檢測點的狀態字可實時掌握系統的工作狀態，如果存在故障可根據狀態字確定故障部位。某武器系統的組成部件的狀態字之一如表1所示，BITE設備檢測時根據狀態字的值對系統的工作狀態的判斷。

表1 狀態字表

狀態字的最低位B0代表SDC板狀態，B0為1時表示SDC板狀態正常，為0表示有故障；同理B1～B7位為1和0分別表示A／D板、D／A板、俯仰功放、方位功放、馬達電源、激磁板等部件電路處于正常狀態和故障狀態。

BITE進行檢測時，采用巡檢的方式對所有部件上的檢測點進行檢測，獲取所有檢測點的狀態字數據信息，從而對所有可更換組件的工作狀態進行判斷。在武器系統中，檢測結果狀態通常有設備未連接、正常、故障1和故障2。故障1是指設備故障，但能繼續工作，或設備性能下降，可以降功能使用，維護系統正常工作；故障2是指設備嚴重故障，無法繼續工作或者性能下降到不能維持系統正常工作。

3 結語

伴隨著裝備技術的發展，可靠性、可維修性和武器裝備的作戰性能都是戰斗力的重要組成部分，在艦炮武器系統中，可靠性與可維修性是戰斗力的根本保證，BIT技術已經被廣泛地應用到武器系統的各個設備中。為保證系統穩定可靠運行，提高了系統故障診斷精確性，在系統組件可測性設計階段可適當增加檢測點，通過獲取更多的狀態信息，更好地實現檢測與診斷。BIT在武器裝備中的應用可顯著地縮短診斷時間、降低維修保障成本和對維修人員的技能要求，從而提高裝備的完好率，對武器裝備的發展具有重要的作用。

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