簡談BITE技術及WUSH-AUTO型自動氣象站原理應用

牛超+李雪+石大山+吳昊

【摘要】本文介紹BITE技術國內外現狀及發展趨勢，重點探討WUSH-AUTO型自動氣象站的原理和結構，通過外場試驗測試，證明WUSH-AUTO型自動氣象站在實際地面氣象探測業務中的可用性。

【關鍵詞】BITE；BIT；FRU；人工模擬故障

0引言

２０世紀70年代，美國空軍開始在航空設備中設計并安裝機內測試設備—BITE技術，如著名的F－18戰斗攻擊機，該機型于1978年11月18日首飛，其雷達系統內部安裝可識別和隔離故障的測試設備（BITE）[1]。至今BITE技術在國外已得到迅速發展，逐步擴大到各個技術領域，已經形成一門與可靠性、維修性并行發展的學科分支。作為一門新興學科，我國在該方面的研究起步較晚， 近些年來，有關部門已經開展了不少的研究工作，在裝備研制中提出了測試性要求，開展了有關保障方面的工程設計工作。

1BITE技術

內置測試設備BITE( Built in Test Equipment)是從航空領域發展起來的一種設備內部自動測試技術[2]。隨著大規模集成電路和計算機技術的廣泛應用，硬件設備和軟件系統在提高性能的同時，也大大增加了設備的復雜性，這對設備的維修性和可靠性有很大影響。BITE技術的出現，可以快速地檢測該設備的故障，縮短故障檢測與維修時間，提高其可靠性與安全性。

國外如芬蘭VAISALA公司，英國COMPBELL公司和澳大利亞DATATALKER公司，都是氣象行業內提供專業先進設備的領先公司，其采集器內置基本的數據質量監控功能，結合自檢和診斷命令，提供狀態數據，必要時可以提供交互式的測試和服務命令來確診故障。我國現有業務觀測使用的地面自動氣象站設備本身還缺少內置檢測裝置（BITE）和自檢系統，因此無法實現設備運行狀態信息自動化，目前僅是基于自動氣象站觀測數據、輔以人工分析來判定設備運行狀態，不能實時科學地反映設備運行情況和快速檢測故障部位和原因。

2WUSH-AUTO型自動氣象站簡介

WUSH-AUTO型自動氣象站由中國氣象局氣象探測中心、江蘇省無線電科學研究所有限公司聯合研制，在現有自動氣象站基礎上完成BITE電路設計，通過對自動氣象站運行狀態的實時監控和綜合判斷，實現自動氣象站傳感器及關鍵部件的故障自動檢測和診斷。通過運行監控，提高自動氣象站數據的置信度，縮短故障發生時間，保障自動氣象站的長期穩定可靠運行。運行監控功能目前首先要求在七要素自動氣象站實現(氣溫、濕度、氣壓、風速、風向、雨量、地溫)，對構成自動站的傳感器、采集器、電源等部件的工作狀態進行監測，給出狀態信息，并根據狀態信息為氣象數據加上可用性標識。

3WUSH-AUTO型自動氣象站原理

為了實現運行監控，并細分故障類型，本系統引入了 FRU(Field Replaceable Unit) 和 BIT(Build In Test) 概念。自動氣象站的每個組成部分，都是由若干個密切相關的 FRU 有機結合在一起而構成。例如，雨量筒由濾網、漏斗、干簧管、機芯、電纜等 FRU 構成。自動氣象站在運行過程中，通過對關鍵 FRU 的工作狀態進行 BIT，可以確定故障 FRU，區分故障類型，識別相關數據的可用性，并隔離故障 FRU。通過 BIT，自動氣象站還可以對可能將要發生的故障提前發出告警。本系統能夠執行兩種類型的 BIT：初始化自檢、運行中連續自檢。自動氣象站的 BIT 工作需結合 BITE來完成。自動氣象站的某些 FRU(如數據采集器、監測模塊等)內部集成了各種 BITE，可以對自身及其他 FRU 進行各方面的測試，對接入的傳感器進行數據采集，并將測試結果和采集的數據發送到采集處理節點。例如，雨量監測節點，實現對雨量數據的采集，并對其中的干簧管、濾網等 FRU 的狀態進行檢測。

4WUSH-AUTO型自動氣象站硬件結構

WUSH-AUTO自動氣象站由采集處理節點、各類監測節點、外部總線、光纖和業務系統組成。各個組成部分又由多個 FRU 組合而成。組成結構見圖 1，圖中灰色部分的 FRU 中集成了 BITE。

圖 1自動氣象站結構圖

4.1采集處理節點

采集處理節點由數據采集器、氣壓傳感器、GPS、CF 卡、GPRS 通信模塊、光纖通信模塊等構成。其中數據采集器是自動氣象站的核心，能夠對本節點內的 FRU 進行測試，通過 CANopen 主站協議收集所有監測節點的測試結果，結合已有的數據質量控制程序，實現綜合處理和診斷程序，確定系統各種 FRU 的狀態，給出相關氣象要素數據的可用性標識。所有狀態監控信息和經過標識的數據由采集器進行存儲，并負責傳輸到本地和遠程中心站業務軟件。數據采集器的功能結構如圖 2。

圖 2數據采集器功能結構

表1模擬故障測試表

4.2監測節點

監測節點由監測模塊、傳感器等構成。其中監測模塊是監測節點的核心部件，它集成了 BITE，實現對本身及接入的各種 FRU 進行測試，對接入的傳感器進行數據采集，并將測試結果和采集的數據通過 CANopen 從站協議發送到采集處理節點。監測模塊的功能結構圖如圖3。

圖3監測模塊功能結構

5人工模擬故障

自動氣象站的故障字典中對各種故障模型進行了描述。BIT 的測試結果，通過與故障模型進行匹配，可以識別各種 FRU 的故障。BITE故障自動監測包括氣壓傳感器、溫度（地溫）傳感器、濕度傳感器、風速傳感器、風向傳感器、雨量傳感器、電源等10個部件。為了檢測本系統的運行監控能力，按照固定的頻率，設計了故障模擬器，制造人為的模擬故障。可以人工模擬測試BITE檢測能力的有28種。

6結語

WUSH-AUTO型自動氣象站設備狀態、性能參數等自動化監控的實現，將大大提高設備維護維修效率，節約設備維護維修成本，產生較為可觀的經濟效益，為各級氣象管理部門的備件儲備、設備選型及技術升級等工作提供科學的決策依據，為我國氣象預報服務能力和業務水平的進一步提高提供有力支撐，將在我國的社會經濟發展、防災減災以及國際合作交流中發揮更重要的作用。

【參考文獻】

［１］http://uzone.univs.cn/news2_2008_467318.html，中國大學生在線網[OL]．

［２］http://www.china-cam.cn/news/shuyu/2007/1/129979746051F5JB5IHJ4602_2.html，中國民航維修網[OL]．

［責任編輯：劉帥]

【摘要】本文介紹BITE技術國內外現狀及發展趨勢，重點探討WUSH-AUTO型自動氣象站的原理和結構，通過外場試驗測試，證明WUSH-AUTO型自動氣象站在實際地面氣象探測業務中的可用性。

【關鍵詞】BITE；BIT；FRU；人工模擬故障

0引言

２０世紀70年代，美國空軍開始在航空設備中設計并安裝機內測試設備—BITE技術，如著名的F－18戰斗攻擊機，該機型于1978年11月18日首飛，其雷達系統內部安裝可識別和隔離故障的測試設備（BITE）[1]。至今BITE技術在國外已得到迅速發展，逐步擴大到各個技術領域，已經形成一門與可靠性、維修性并行發展的學科分支。作為一門新興學科，我國在該方面的研究起步較晚， 近些年來，有關部門已經開展了不少的研究工作，在裝備研制中提出了測試性要求，開展了有關保障方面的工程設計工作。

1BITE技術

內置測試設備BITE( Built in Test Equipment)是從航空領域發展起來的一種設備內部自動測試技術[2]。隨著大規模集成電路和計算機技術的廣泛應用，硬件設備和軟件系統在提高性能的同時，也大大增加了設備的復雜性，這對設備的維修性和可靠性有很大影響。BITE技術的出現，可以快速地檢測該設備的故障，縮短故障檢測與維修時間，提高其可靠性與安全性。

國外如芬蘭VAISALA公司，英國COMPBELL公司和澳大利亞DATATALKER公司，都是氣象行業內提供專業先進設備的領先公司，其采集器內置基本的數據質量監控功能，結合自檢和診斷命令，提供狀態數據，必要時可以提供交互式的測試和服務命令來確診故障。我國現有業務觀測使用的地面自動氣象站設備本身還缺少內置檢測裝置（BITE）和自檢系統，因此無法實現設備運行狀態信息自動化，目前僅是基于自動氣象站觀測數據、輔以人工分析來判定設備運行狀態，不能實時科學地反映設備運行情況和快速檢測故障部位和原因。

2WUSH-AUTO型自動氣象站簡介

WUSH-AUTO型自動氣象站由中國氣象局氣象探測中心、江蘇省無線電科學研究所有限公司聯合研制，在現有自動氣象站基礎上完成BITE電路設計，通過對自動氣象站運行狀態的實時監控和綜合判斷，實現自動氣象站傳感器及關鍵部件的故障自動檢測和診斷。通過運行監控，提高自動氣象站數據的置信度，縮短故障發生時間，保障自動氣象站的長期穩定可靠運行。運行監控功能目前首先要求在七要素自動氣象站實現(氣溫、濕度、氣壓、風速、風向、雨量、地溫)，對構成自動站的傳感器、采集器、電源等部件的工作狀態進行監測，給出狀態信息，并根據狀態信息為氣象數據加上可用性標識。

3WUSH-AUTO型自動氣象站原理

為了實現運行監控，并細分故障類型，本系統引入了 FRU(Field Replaceable Unit) 和 BIT(Build In Test) 概念。自動氣象站的每個組成部分，都是由若干個密切相關的 FRU 有機結合在一起而構成。例如，雨量筒由濾網、漏斗、干簧管、機芯、電纜等 FRU 構成。自動氣象站在運行過程中，通過對關鍵 FRU 的工作狀態進行 BIT，可以確定故障 FRU，區分故障類型，識別相關數據的可用性，并隔離故障 FRU。通過 BIT，自動氣象站還可以對可能將要發生的故障提前發出告警。本系統能夠執行兩種類型的 BIT：初始化自檢、運行中連續自檢。自動氣象站的 BIT 工作需結合 BITE來完成。自動氣象站的某些 FRU(如數據采集器、監測模塊等)內部集成了各種 BITE，可以對自身及其他 FRU 進行各方面的測試，對接入的傳感器進行數據采集，并將測試結果和采集的數據發送到采集處理節點。例如，雨量監測節點，實現對雨量數據的采集，并對其中的干簧管、濾網等 FRU 的狀態進行檢測。

4WUSH-AUTO型自動氣象站硬件結構

WUSH-AUTO自動氣象站由采集處理節點、各類監測節點、外部總線、光纖和業務系統組成。各個組成部分又由多個 FRU 組合而成。組成結構見圖 1，圖中灰色部分的 FRU 中集成了 BITE。

圖 1自動氣象站結構圖

4.1采集處理節點

采集處理節點由數據采集器、氣壓傳感器、GPS、CF 卡、GPRS 通信模塊、光纖通信模塊等構成。其中數據采集器是自動氣象站的核心，能夠對本節點內的 FRU 進行測試，通過 CANopen 主站協議收集所有監測節點的測試結果，結合已有的數據質量控制程序，實現綜合處理和診斷程序，確定系統各種 FRU 的狀態，給出相關氣象要素數據的可用性標識。所有狀態監控信息和經過標識的數據由采集器進行存儲，并負責傳輸到本地和遠程中心站業務軟件。數據采集器的功能結構如圖 2。

圖 2數據采集器功能結構

表1模擬故障測試表

4.2監測節點

監測節點由監測模塊、傳感器等構成。其中監測模塊是監測節點的核心部件，它集成了 BITE，實現對本身及接入的各種 FRU 進行測試，對接入的傳感器進行數據采集，并將測試結果和采集的數據通過 CANopen 從站協議發送到采集處理節點。監測模塊的功能結構圖如圖3。

圖3監測模塊功能結構

5人工模擬故障

自動氣象站的故障字典中對各種故障模型進行了描述。BIT 的測試結果，通過與故障模型進行匹配，可以識別各種 FRU 的故障。BITE故障自動監測包括氣壓傳感器、溫度（地溫）傳感器、濕度傳感器、風速傳感器、風向傳感器、雨量傳感器、電源等10個部件。為了檢測本系統的運行監控能力，按照固定的頻率，設計了故障模擬器，制造人為的模擬故障。可以人工模擬測試BITE檢測能力的有28種。

6結語

WUSH-AUTO型自動氣象站設備狀態、性能參數等自動化監控的實現，將大大提高設備維護維修效率，節約設備維護維修成本，產生較為可觀的經濟效益，為各級氣象管理部門的備件儲備、設備選型及技術升級等工作提供科學的決策依據，為我國氣象預報服務能力和業務水平的進一步提高提供有力支撐，將在我國的社會經濟發展、防災減災以及國際合作交流中發揮更重要的作用。

【參考文獻】

［１］http://uzone.univs.cn/news2_2008_467318.html，中國大學生在線網[OL]．

［２］http://www.china-cam.cn/news/shuyu/2007/1/129979746051F5JB5IHJ4602_2.html，中國民航維修網[OL]．

［責任編輯：劉帥]

【摘要】本文介紹BITE技術國內外現狀及發展趨勢，重點探討WUSH-AUTO型自動氣象站的原理和結構，通過外場試驗測試，證明WUSH-AUTO型自動氣象站在實際地面氣象探測業務中的可用性。

【關鍵詞】BITE；BIT；FRU；人工模擬故障

0引言

２０世紀70年代，美國空軍開始在航空設備中設計并安裝機內測試設備—BITE技術，如著名的F－18戰斗攻擊機，該機型于1978年11月18日首飛，其雷達系統內部安裝可識別和隔離故障的測試設備（BITE）[1]。至今BITE技術在國外已得到迅速發展，逐步擴大到各個技術領域，已經形成一門與可靠性、維修性并行發展的學科分支。作為一門新興學科，我國在該方面的研究起步較晚， 近些年來，有關部門已經開展了不少的研究工作，在裝備研制中提出了測試性要求，開展了有關保障方面的工程設計工作。

1BITE技術

內置測試設備BITE( Built in Test Equipment)是從航空領域發展起來的一種設備內部自動測試技術[2]。隨著大規模集成電路和計算機技術的廣泛應用，硬件設備和軟件系統在提高性能的同時，也大大增加了設備的復雜性，這對設備的維修性和可靠性有很大影響。BITE技術的出現，可以快速地檢測該設備的故障，縮短故障檢測與維修時間，提高其可靠性與安全性。

國外如芬蘭VAISALA公司，英國COMPBELL公司和澳大利亞DATATALKER公司，都是氣象行業內提供專業先進設備的領先公司，其采集器內置基本的數據質量監控功能，結合自檢和診斷命令，提供狀態數據，必要時可以提供交互式的測試和服務命令來確診故障。我國現有業務觀測使用的地面自動氣象站設備本身還缺少內置檢測裝置（BITE）和自檢系統，因此無法實現設備運行狀態信息自動化，目前僅是基于自動氣象站觀測數據、輔以人工分析來判定設備運行狀態，不能實時科學地反映設備運行情況和快速檢測故障部位和原因。

2WUSH-AUTO型自動氣象站簡介

WUSH-AUTO型自動氣象站由中國氣象局氣象探測中心、江蘇省無線電科學研究所有限公司聯合研制，在現有自動氣象站基礎上完成BITE電路設計，通過對自動氣象站運行狀態的實時監控和綜合判斷，實現自動氣象站傳感器及關鍵部件的故障自動檢測和診斷。通過運行監控，提高自動氣象站數據的置信度，縮短故障發生時間，保障自動氣象站的長期穩定可靠運行。運行監控功能目前首先要求在七要素自動氣象站實現(氣溫、濕度、氣壓、風速、風向、雨量、地溫)，對構成自動站的傳感器、采集器、電源等部件的工作狀態進行監測，給出狀態信息，并根據狀態信息為氣象數據加上可用性標識。

3WUSH-AUTO型自動氣象站原理

為了實現運行監控，并細分故障類型，本系統引入了 FRU(Field Replaceable Unit) 和 BIT(Build In Test) 概念。自動氣象站的每個組成部分，都是由若干個密切相關的 FRU 有機結合在一起而構成。例如，雨量筒由濾網、漏斗、干簧管、機芯、電纜等 FRU 構成。自動氣象站在運行過程中，通過對關鍵 FRU 的工作狀態進行 BIT，可以確定故障 FRU，區分故障類型，識別相關數據的可用性，并隔離故障 FRU。通過 BIT，自動氣象站還可以對可能將要發生的故障提前發出告警。本系統能夠執行兩種類型的 BIT：初始化自檢、運行中連續自檢。自動氣象站的 BIT 工作需結合 BITE來完成。自動氣象站的某些 FRU(如數據采集器、監測模塊等)內部集成了各種 BITE，可以對自身及其他 FRU 進行各方面的測試，對接入的傳感器進行數據采集，并將測試結果和采集的數據發送到采集處理節點。例如，雨量監測節點，實現對雨量數據的采集，并對其中的干簧管、濾網等 FRU 的狀態進行檢測。

4WUSH-AUTO型自動氣象站硬件結構

WUSH-AUTO自動氣象站由采集處理節點、各類監測節點、外部總線、光纖和業務系統組成。各個組成部分又由多個 FRU 組合而成。組成結構見圖 1，圖中灰色部分的 FRU 中集成了 BITE。

圖 1自動氣象站結構圖

4.1采集處理節點

采集處理節點由數據采集器、氣壓傳感器、GPS、CF 卡、GPRS 通信模塊、光纖通信模塊等構成。其中數據采集器是自動氣象站的核心，能夠對本節點內的 FRU 進行測試，通過 CANopen 主站協議收集所有監測節點的測試結果，結合已有的數據質量控制程序，實現綜合處理和診斷程序，確定系統各種 FRU 的狀態，給出相關氣象要素數據的可用性標識。所有狀態監控信息和經過標識的數據由采集器進行存儲，并負責傳輸到本地和遠程中心站業務軟件。數據采集器的功能結構如圖 2。

圖 2數據采集器功能結構

表1模擬故障測試表

4.2監測節點

監測節點由監測模塊、傳感器等構成。其中監測模塊是監測節點的核心部件，它集成了 BITE，實現對本身及接入的各種 FRU 進行測試，對接入的傳感器進行數據采集，并將測試結果和采集的數據通過 CANopen 從站協議發送到采集處理節點。監測模塊的功能結構圖如圖3。

圖3監測模塊功能結構

5人工模擬故障

自動氣象站的故障字典中對各種故障模型進行了描述。BIT 的測試結果，通過與故障模型進行匹配，可以識別各種 FRU 的故障。BITE故障自動監測包括氣壓傳感器、溫度（地溫）傳感器、濕度傳感器、風速傳感器、風向傳感器、雨量傳感器、電源等10個部件。為了檢測本系統的運行監控能力，按照固定的頻率，設計了故障模擬器，制造人為的模擬故障。可以人工模擬測試BITE檢測能力的有28種。

6結語

WUSH-AUTO型自動氣象站設備狀態、性能參數等自動化監控的實現，將大大提高設備維護維修效率，節約設備維護維修成本，產生較為可觀的經濟效益，為各級氣象管理部門的備件儲備、設備選型及技術升級等工作提供科學的決策依據，為我國氣象預報服務能力和業務水平的進一步提高提供有力支撐，將在我國的社會經濟發展、防災減災以及國際合作交流中發揮更重要的作用。

【參考文獻】

［１］http://uzone.univs.cn/news2_2008_467318.html，中國大學生在線網[OL]．

［２］http://www.china-cam.cn/news/shuyu/2007/1/129979746051F5JB5IHJ4602_2.html，中國民航維修網[OL]．

［責任編輯：劉帥]