数传接收机系统可测试性设计

畅 玲 党红肖

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

随着电子设备系统性能的提高和复杂度的增加，人们往往希望产品(系统)本身具有便于监控，易于进行故障诊断测试的特性，这就是系统的测试性。根据GJB 2547-1995 装备测试性大纲［1］和GJB 3385-1998 测试诊断与术语［2］的描述，测试性(Testability)是指产品能及时、准确地确定其状态(可工作、不可工作或性能下降)，并隔离其内部故障的一种设计特性。目前，测试性同可靠性、维修性一样，已成为与产品性能同等重要的设计要求。

为了实现产品的可测试性，就需要在产品设计中同步考虑系统的测试性设计及其实现的合理性和有效性。测试性设计是指在系统、分系统、设备、组件等的设计过程中，通过综合考虑并实现测试的可控性与可观测性，达到测试性要求的设计过程［3］。也就是说一切能使测试生成和故障诊断变得比较容易的设计都可称为可测试性设计。

数传接收机作为连接火控系统和火力系统的桥梁，它的工作正常与否直接影响到雷达指令传输的准确性、火炮的可执行性以及运动的安全性。数传接收机虽设计于上世纪九十年代，但因为设计初期较好的考虑到系统的测试和故障诊断问题，不但对系统进行了机内测试(BIT)设计，而且在前面板预留了“测试口”，使得系统原位检测成为可能，进而通过系统测试平台的设计，使得整个系统功能检测、故障诊断以及系统的三级维修简单方便，为科学的制定系统的维护保障计划提供了依据。

本文依照测试性的要求，从逆向工程的角度出发，通过对某雷达数传接收机系统详细的软、硬件以及故障诊断和故障隔离的设计分析，就如何实现系统测试性设计这一课题进行了探讨。

1 数传接收机系统组成

数传接收机系统主要完成雷达未来点诸元信号的接收、控制、转换、处理以及火炮命令的传送、火炮初速的计算等。它由连接到母板总线的CPU 单元、火炮接口单元、初速单元、方位角控制单元、高低角控制单元、方位角转换单元、高低角转换单元以及供电组成。系统对外接口包括和火控系统的串行数据传输、送给火炮系统的方位、高低角输出。其基本组成原理框图如图1所示，其中虚线框内为数传接收机系统。

2 数传接收机系统测试性分析及设计

2.1 系统测试性分析

该系统包括硬件和软件。硬件方面，从图1 系统组成原理框图可以看出，数传接收机中的各控制单元均和标准的总线系统相连。CPU 单元作为系统的核心部件，通过RS485 串行通信接收来自火控系统的未来点诸元信号，按照指令要求完成相应的运算、处理，随后以一定的时序和相位控制火炮的运动，同时它接收来自火炮的随动信号和初速脉冲，经过解算回传给火控系统。方位角/高低角控制单元将总线送来的火控数据分解并经过方位角/高低角转换单元转换成模拟量送给火炮。整个系统供电为三相四线制的400Hz/115V，7 路直流供电是由供电单元1 和供电单元2 经过交流-直流变换而来。数传接收机功能“积木块”的特点，使其外场可更换单元(LRU)的划分相对容易。LRU 的划分如图2所示。

系统软件分为两部分:操作系统和应用软件，其中系统测试程序包含在应用软件中。

图1 数传接收机系统组成原理框图

图2 外场可更换单元LRU 划分

2.2 系统测试点选择

系统测试点的选择直接影响系统测试性的设计实现。一般情况下，系统总的输入/输出点、各功能单元的信号输入/输出点等都是测试点的候选对象［4］。数传接收机中，CPU 单元的串行通信，方位/高低角的数模转换输出等都是系统重点监测对象。结合数传接收机系统构成特点，根据测试要求，设置出数传接收机故障检测点如下表。

表1 被测单元和故障检测点设置一览表

2.3 系统测试性设计

系统测试性既包括对产品自身的要求，又包含对测试设备的性能要求，与维修性及可靠性密切相关。任何不能被检测出的故障状态的存在将直接影响产品的可靠性和安全性。测试性设计应该遵循以下基本思想:在对系统进行功能性能特性设计时同时进行测试性设计;分层次进行测试性设计，以满足三种不同维修级别的要求;合理利用各种测试手段，使机内测试与外部测试相结合;在可靠性分析的基础上，找到系统的薄弱环节，并重点加强对薄弱环节的测试性设计，以便提高任务可靠性和维修性［5］。

根据数传接收机系统的功能，测试性设计应做到自检功能强、机内外检查测试方便以及维修性好等三个方面。下面从数传接收机系统机内测试设计、原位检测设计和系统测试平台设计三方面，阐述数传接收机系统测试性设计的思路和方法。

2.3.1 机内测试(BIT)设计

机内测试电路作为被测单元的组成部分，构成不宜太复杂，否则会降低系统的MTBF，增加成本，另外还必须要考虑容差范围，否则容易引起虚警。

为满足数传接收机系统的测试性要求，结合系统不同LRU 自身特点，设计了重点被测单元的自检测用电路。数传接收机系统的机内测试借助于简单的硬件，主要为软件设计，它是独立于应用软件的测试软件。主要完成以下功能:⑴状态检测定期检测系统的关键性能参数，比如RS485 的串行通信状况，以确定系统的工作状态;⑵故障诊断对反映LRU 状态的关键信号和参数进行准确的采集和测量，以确定系统状态和隔离故障。

机内测试故障诊断流程见图3。目前，机内测试系统故障诊断率约为7/12≈58%。

图3 机内测试流程

2.3.2 原位检测

原位检测是指对被检测对象在其原来的安装、装配位置或生态组织上，进行的检查与测试。它具有快速、方便、有效的特性，是现代检测技术的重要组成部分［6］。

数传接收机放置在火炮油机上，鉴于其工作位置的特殊性，在测试性方面，结合机内BIT 设计，还设计了一个方便快捷的人工测试接口，以便于进行原位检测。

如图2所示，数传接收机放在原安装位置上，其按工作状态正常和火控系统、火力系统相连。借助于其面板上的“测试口”，通过一根测试电缆外接测试面板，使数传接收机同时将方位角和高低角数据，火炮开火和报警命令，供电输入和输出电压，火炮初速输入等信号输出，只需连接不同的测试仪器设备，就可对其进行全方位测试，直观的在正常工作状态下检测其性能指标和工作状态。

图4 数传接收机原位检测原理框图

图5 数传接收机专用测试系统组成

原位检测可以将故障定位到单个故障单元或系统，使外场可更换单元(LRU)的故障诊断率达到100%。

2.3.3 专用测试系统的设计

系统测试性设计是一个权衡和折衷的过程。一方面希望能对系统状态进行全面监控，对故障进行完善的检测和定位，另一方面还要权衡系统的可靠性、实现难易程度和费用。采用不同的设计方法，合理分配测试资源，提高系统测试效率，降低设计成本才是根本。

数传接收机专用测试系统包括硬件和软件两部分。硬件主要包括火控模拟器、信号转换连接组合、初速模拟器、专用测试电缆、角度测试仪、电源和示波器等，具体见图4。检测系统的软件，主要包括系统模拟器软件、数传接收机测试软件两部分。

如图5所示，系统模拟器和数传接收机之间采用2 根军用被覆双绞线相连，它模拟火控计算机系统发送目标的方位角数据、高低角数据火炮击发、火炮报警命令诸元给数传接收机;初速模拟器完成炮弹通过炮管线圈的初速脉冲模拟;系统供电为400Hz/115V 的交流电。被测的数传接收机通过面板上预留的测试口，经过测试电缆和系统测试面板连接。操作人员通过人机界面，运行一些驻留在平台模拟器内的系统软件和测试程序，控制系统为数传接收机提供模拟数据，随后检测数传接收机的输出信号。

通过数传接收机专用测试系统，不但可以将故障定位到每个LRU 可更换单元，而且可以进一步将故障定位到芯片级。

3 结束语

测试性设计是一个复杂的过程，有很多因素要考虑。例如，测试点设置的科学性，测试接口的标准、通用化，系统测试的直观性等等。近年来集故障诊断、故障预测和健康管理(PHM-Prognostics and-Health Management)能力于一体的新型综合诊断系统已开始应用于系统的可测试性设计之中。PHM从传统的基于传感器的诊断转向基于智能系统的预测，这一技术的实现将由基于状态的维修取代原来由事件主宰的维修(即事后维修)或时间相关的维修(即定期维修)［7］。

某雷达数传接收机系统设计于上世纪九十年代，目前已有几百套的生产量。虽然系统自动化测试程度还不是很高，故障诊断和故障隔离的设计还是浅层次的，但经过多年多套产品的验证，其故障诊断和故障隔离的设计是有效的，值得以后设计借鉴。

［1］GJB2547-1995，装备测试性大纲［S］.

［2］GJB3385-1998，测试诊断与术语［S］.

［3］杨玉兴，景慎.航空装备测试性设计的发展及其在ATE 中的应用［J］.电子产品可靠性与环境试验，2014，32(3):48-55.

［4］王青，谢利军.某机载计算机系统测试性分析与研究［J］.航空计算技术，2008，38(5):76-80.

［5］赵继承，顾宗山等.雷达系统测试性设计［J］.雷达科学与技术，2009，7(3):174-179.

［6］许占显.原位检测技术及其应用［J］.建设机械技术与管理，2002，1:17-19.

［7］曾声奎，Pecht M G，吴际.故障预测与健康管理(PHM)技术的现状与发展［J］.航空学报，2005，26(5):626-632.