战术导弹雷达导引系统BIT设计与分析

舒天勇

（中国空空导弹研究院 河南 洛阳 471009）

随着电子技术的飞跃发展和现代高技术战争的使用需求，战术导弹日益向多功能、高度集成化、数字化、模块化方向发展，其复杂程度和技术含量越来越高。在导弹研制和使用过程中，除了保证系统各个环节的高可靠性外，还必须保证系统有良好的可维护性。能否及时检测和隔离故障将直接影响导弹武器装备的效能，测试性设计是解决此问题的有效途径。

1 机内测试

机内测试（Built In Test，BIT）技术是实现可测试性设计的重要技术手段之一。BIT技术是系统或设备依靠其内部专设的一些自检测电路和自检测软件，来完成系统或设备自身器件的工作参数的检测和故障诊断，然后执行故障隔离的一种综合能力[1]。BIT技术现今已经在很多军民领域测试性设计中大量开展应用。

由于BIT技术能深入被测对象内部进行测试和故障定位，在导弹领域内开展BIT技术研究设计，可以有效解决系统的故障检测和定位，确保装备具有较高的战备完好性和任务可靠性，减少平均维修时间及作战准备时间[2]。作为战术导弹的核心装置之一，雷达导引系统也应在系统测试性设计的基础上，开展BIT技术的应用和研究，以方便地面检测维护和发射前的准备。其BIT主要实现以下功能：

1）系统检查——检查系统是否正常，检测故障；

2）故障隔离——将系统故障隔离到可更换单元（LRU）或更低；

3）系统监测——监测系统关键特性参数并优化调整。

2 系统组成及BIT工作过程

根据导弹飞行控制系统传来的目标速度、角度指示等信息，雷达导引系统与其一起实现对目标的搜索、截获和跟踪[3]。导引系统主要由天线罩、天线、微波接收机、中频接收机、计算机（含系统软件）、发射机、频综器、伺服机构和二次电源等单元组成，各单元均按功能采用模块化设计，以利于独立测试。其基本组成框图如图1所示。

图1 雷达导引系统组成框图Fig.1 Block diagram of radar guidance system

导引系统大量采用了集成电路、微处理器技术以及控制总线技术。以系统计算机为信息处理硬件平台的应用，为实现系统BIT提供了物理基础，使BIT的实现更加便利。

硬件是软件运行的平台，软件实现系统算法功能。导引系统BIT以计算机为控制中心，通过工作软件的运行，检测整个系统关键功能单元是否正常，可否投入正常运行，隔离故障，给出正常或不正常指示。检测主要包括伺服机构调整能力检查，频综入锁检查，通道接收机幅相实时测试、调整和补偿以及其它功能单元的自检测和调整，所得到的信息记录在数据存储器中，在以后对目标信号处理的工作阶段使用。确认关键功能单元工作正常后，形成导引系统工作正常标志，并进行后续的操作。

依据系统设计指标和使用要求，利用上电BIT，检查系统工作前的准备状态[4]。即首先进行导引系统计算机初始化及计算机BIT，再对导引系统其他功能单元进行检测；同时针对导引系统需求，为解决系统因元器件老化或受环境因素影响等而引起参数变化问题，利用工作BIT，监测系统工作时的关键功能特性并实时存储数据，进行必要的参数检测与补偿，完成导引系统误差校正和参数优化，检测与调整导引系统工作状态一直持续到发射机开机为止，确保导引系统处于最佳工作状态。因此，BIT不仅是导引系统的一项重要功能，也是一种重要的工作模式。导引系统BIT流程图如图2所示。

图2 导引系统BIT流程图Fig.2 BIT flow chart of guidance system

为了降低BIT中虚警概率，在对系统功能检测时，如果出现问题将再次检测，在规定的时间内检测结果均不正常时，才将相应的状态标志置位。这种重复进行的检测减少了虚警的发生，同时也提供了一定的测试容差，提高工作可靠性。

3 系统BIT设计方案

根据导引系统组成，考虑其“积木块”结构特点，从使用和维护出发，进行系统BIT的软、硬件设计。通过少量增加弹上设备来实现系统技术准备的自测试和调整，即设计相应的BIT检测系统，包括支持系统BIT的硬件检测接口、BIT信号源及对应的故障检测、隔离程序和测量优化调整程序。在软件算法作用下，导引系统先后经过系统自检等工作阶段，最终实现对目标信号截获跟踪。

3.1 自检信号产生及检查

导引系统发射机一般在导弹中、末制导交接段时才加高压，产生射频能量。在地面、挂机和发射前导引系统进行BIT时，必须由导引系统自身产生射频模拟回波信号，进行检查和调整。由于系统为相参脉冲多普勒体制，自检信号必须与系统频率源相参，并包含信号检测所需的多普勒频率信息。为解决这一问题，设计自检信号产生单元，模拟出检测用的多普勒信号Fmd，利用Fmd信号对从频综器发射信号中耦合出的基准信号进行调制，形成射频模拟回波信号——自检信号。自检信号经由单脉冲天线馈电波导耦合到和差比较器，经过单脉冲和差比较器处理之后，便形成用于系统检测的射频信号，用于完成速度跟踪回路和角度跟踪回路的检测。在这一方案中，还需对单脉冲天线馈电波导进行专门设计。自检信号的产生如图3所示。

图3 自检信号形成过程框图Fig.3 Formation Process of BIT signal

由于BIT信号是系统检测的基础，BIT信号是否满足要求也要进行检测。导引系统计算机通过对进入接收通道的BIT信号进行FFT分析，与存储的理论值比对来进行检测。

3.2 计算机BIT

计算机是导引系统的核心部件，它由硬件和软件共同组成的嵌入式数字系统，是集信号处理、数据处理和系统工作逻辑控制的多功能系统。

导引系统检测之前首先进行计算机存储器初始化及计算机自检。计算机加电即产生复位中断，FlashRAM加载程序至DSP片内RAM中，并按照程序流程自动开始运行初始化模块和自检，内容包括：软件程序代码完整性检查、指令运行情况检查、内存及外围模块信息交换缓冲区读写检查、D/A及A/D检查、位指令检查、双口RAM检查等。

另外，硬件设计时采用可编程的弹载计算机，确保软件具有地面外加载功能接口，根据需要可随时改进其工作程序或加载专用测试软件，以便对导引系统的软硬件故障进行深入检测和隔离；同时工作程序中除了设计系统自检程序模块外还设计了系统性能测试服务程序模块，以便能够正确、快速完成导引系统的性能测试和故障检查。

3.3 伺服机构调整能力检查与零漂补偿

伺服机构根据目标角度信息驱动天线，使天线指向目标，完成对规定空域目标的搜索及跟踪。伺服系统是一个负反馈系统，利用位置电位器反馈电压表征天线位置来进行检查控制。

在空间给定一个特定位置，将伺服机构设置为电机工作方式，驱动电机转动天线偏向该位置，判断测量角位置与设定角度之差是否满足要求来检测电机工作能力；将伺服机构设置为陀螺工作方式，驱动陀螺转动天线再偏向一个指定位置，如果天线指向的实际角位置与指定角度之差小于规定值，则设置陀螺工作能力正常，否则，继续驱动天线转动。

由于陀螺直流放大器输出端上存在寄生信号（即零位漂移），当陀螺直流放大器输入端为零时，输出端上也有一定的电压，从而增大测角误差。因此在接入陀螺之前必须实现直流放大器零位漂移测量和补偿，使输出端电压为零以消除输出零漂，即通过A/D得到直流放大器输出电压，利用计算机对其输入端进行控制补偿，消除直流放大器寄生信号影响。

3.4 频综入锁检查

频率综合器利用数字锁相技术产生系统正常工作需要的所有相参基准信号。进入导引系统自检后，对接收通道首先进行频综器入锁检查，入锁正常后，才对接收通道进行其它检查。

3.5 接收通道幅相特性测量及补偿

接收通道主要由天线、微波接收机、中频接收机、频综器、计算机等组成。对于采用单脉冲测角体制，为保证测角的准确性，和差通道应保证幅相特性的一致性。但是由于天线馈源结构、射频电路的不对称、和差通道所用元器件的不一致、器件老化及使用环境变化等因素均可影响和差通道幅相特性的一致性，导致测角误差增大，从而影响测角精度[5－6]。

为了尽量减轻接收通道的幅相不一致性带来的影响以保证或提高测角精度。利用BIT信号对和差信号的幅相特性进行测量和补偿。BIT信号经由天线馈电波导耦合到和差比较器，经过和差器处理形成等幅、同相的信号注入射频模拟前端的各通道。计算机对中频信号进行采样分析得到通道间的幅度差和相位差，由此计算出补偿因子，做角度提取时只需做简单复数计算加以修正即可。

4 系统BIT分析

导引系统BIT在硬件上设计专门的射频自检源及检测接口，软件上设计了自检工作状态处理程序。系统以计算机为控制中心，通过运行自检工作状态处理程序，调用计算机检查、伺服机构检查、接收通道幅相特性测量与补偿、频综器入锁检查、导引系统正常标志形成等自检功能模块，完成系统BIT检查并形成正常标志。

BIT信号通过天馈线注入接收系统，结合频综器、计算机闭环处理和逻辑算法分析，实现系统的检测和隔离，这种做法的好处是将系统自检测和通道校准结合起来，在提高系统故障检测、故障隔离能力的同时，解决了接收通道间幅度相位实时校准和补偿的问题。在导引系统BIT过程中，系统的各功能组成单元如微波接收机、中频接收机、计算机、频综器、伺服机构和二次电源等都直接或间接得到功能检测、性能测试和测量补偿（如接收通道幅相特性、直流放大器零位漂移）以及系统其他状态检查。

发射机需要高压电池点火才能工作，受可使用资源的限制，也没有针对发射机进行专门的BIT设计，无法对发射机的相关功能电路进行检测，只是在系统测试设计中，利用导引系统专用测试设备外注高压电源，对发射机功率及大功率辐射时的相关重要性能进行检测。而对于天线罩、天线等由机加保证，不属于自检范畴。

因此，该导引系统BIT运行中能够对各主要功能单元起到系统检测、故障隔离、监测优化关键特性参数的作用，满足系统设计需求。至于板级故障隔离和发射机可通过专用测试设备对其进行测试，再进行具体的故障隔离定位。由于条件限制，实际应用中BIT存在算法、功能单一的问题，BIT可检测的故障模式有所局限，减少虚警的措施也显得不足，对此在以后的设计中需进一步深入研究。

5 结束语

BIT已经成为弹载雷达导引系统必须具备的重要功能和工作模式。导引系统BIT的意义并不只是在于故障定位，更重要的是通过BIT完成系统参数的优化调整，减少设计指标对器件的苛刻要求，有效降低设计风险和系统成本。由于导引系统构成十分复杂，同时受体积和重量的严格限制，作为设计师必须具有一体化设计思想，在设计之初，把BIT设计作为系统或单元设计的组成部分，使BIT设计同系统结构、性能指标、可靠性等设计有机结合，将BIT设计融入总体设计中，并贯穿于设计、研制、生产、调试、测试和工作的全过程。

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