基于1553B总线技术的导弹自检测试技术研究

张友森

摘 要：随着计算机技术的飞速发展和大规模集成电路的广泛应用，导弹的智能化程度越来越高，大大增加了系统的复杂性，给导弹的检测带来了诸多问题，如自检时间长、故障诊断困难、测试维护费用高等。本论文是利用1553B总线技术，研究基于嵌入式计算机技术的导弹武器系统BIT设计技术，提高系统的测试性和维修性。以弹载飞控计算机子系统为例，对飞控计算机子系统内的主要功能模块进行研究，探讨自检BIT方法，利用内部系统总线技术，使导弹的检测做到及时、准确、快速，提高执行任务的可靠性和安全性，缩短故障检测和隔离时间，进而减少系统维护成本，提高系统的可靠性。

关键词：1553B总线；自检BIT；自检覆盖率；自检深度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.205

1 概述

随着电子信息技术和人工智能技术的不断发展，导弹武器系统性能指标不断提高，相应的测试及自检程序也变得更加复杂和耗时。由于导弹测试本身的限制，测试任务要分舱段、多设备多次测试才能完成，如何缩短测试时间，减少测试次数，优化测试流程变得越来越重要。

目前，国内导弹武器系统的测试主要侧重于武器系统的测试设备研发，围绕功能需求和测试指标进行专用测试设备研制，无法做到武器系统的测试研究与武器系统设计同步开展。以空空导弹为例，内部子系统之间的通讯有多种总线方式，具体包括：1553B、429、RS-422、LVDS等，如何实现系统地自检和自诊断功能，合理的利用总线技术完成对导弹的性能测试是一个紧迫的课题，在导弹设计时利用软硬件结合的自诊断技术，将测试指令与数据在子系统与外部测试设备之间直接传递，提高测试效率。

2 导弹自检测试技术

所谓自检就是利用事先编制好的监测程序对系统的主要功能进行自动检测，并对故障进行定位。自检功能给导弹系统的使用和维护带来了很大的方便，是提高导弹系统可靠性的重要手段。

导弹自检一般包括两种类型：上电自检和在线自检，上电自检是指导弹加电后，各子系统首先进入自检程序，检测各功能模块是否处于正常工作状态；在线自检是指导弹在外部测试设备的控制下，按照操作指令对各个功能模块或特定功能进行测试的自检。在实际应用中，两种类型的自检都必须具备。图1是自检系统的结构框图。

2.1 导弹自检测深度

导弹自检测深度是指导弹系统的各子系统进行自检时，能够检测到功能模块的层级与全部功能层级的比值，导弹各功能模块自检测深度的平均值，为导弹自检深度。图2为自检测深度示意图。

由图2可知，导弹自检测深度呈现金“字塔型”，顶端为全弹，再往下是各子系统，子系统下依次为组件、分组件、部件等直至最小功能模块乃至电子元器件。“金字塔”越往下，表示被检测模块越多，自检测的任务量越大，与之对应，自检测深度就越高。为了提高导弹自检测深度，在导弹设计初期的系统论证、设计阶段，对重要的功能模块电路就必须考虑自检BIT技术的可达性，在硬件设计时加入相应自检BIT测试模块或电路，以便完成子系统内的功能模块检测。导弹自检测深度达到90%是可能的，考虑到各种因素的限制，特别是研制成本和硬件开销等，自检测深度与成本和硬件开销成反比。

2.2 导弹测试覆盖率

导弹测试覆盖率是指导弹的各子系统进行检测时，对最小功能模块中各元器件和信号检测的覆盖率，各子系统测试覆盖率取平均值，为导弹测试覆盖率。图3为测试覆盖率示意图。

导弹测试覆盖率越高，所需的测试时间越长，从理论上来讲，测试覆盖率是可能达到80%的，但是会给导弹设计带来严重软硬件负担和开销。在自检测试设计时，必须要对内部功能和信号非常了解，合理规划自检测试流程，上电自检的测试覆盖率不宜太高，在线测试的自检测试覆盖率可根据需要适当提高。

3 自检方法

3.1 算法模型自检

算法模型自检的基本原理是首先检测主要的被测参数，在测量的过程中另外测量多组变量，然后依据一定的模型和算法进行分析、测量和计算，从而来判断测量结果是否正确。所以，这类仪器除了需要输出测量结果以外，还需要输出的一个状态信号来判断测量的状态。如图4所示。

3.2 叠加信号自检

叠加信号的基本原理是在测量输入信号的同时，连续或周期性的输入一组信号。这些信号可以是多种类型的信号，如高频或脉冲信号，它与被测量信号叠加后经过测量通道在信号处理单元进行处理，最后经过特定的算法处理后，输出测量数据和状态数据，其基本流程如图5。

3.3 周期性自检

周期自检的流程如图6所示，可以看出，一个自动开关周期性地将测量信号和一些已知变量输入通道，经过测量通道到达信号处理单元，同样经过特定的算法和计算后，最后输出测量数据和状态信息。这个方法比较有效，但它的缺点是使测量信号离散，从而可能产生失真和误差。

4 基于1553B总线的导弹测试技术方案

外部测试设备、飞控子系统通过变压器耦合的方式挂接在1553B总线上；在导弹内部，飞控子系统以飞控计算机为控制核心，通过1553B总线与其他子系统通讯，如图7所示。在该总线结构中外部设备与飞控计算机通讯时，飞控计算机作为远程终端（RT），外部设备作为总线控制器（BC），外部设备不与导弹内其他子系统通讯，飞控计算机与弹内其他子系统通讯时，飞控计算机作为总线控制器（BC），其他子系统作为飞控计算机的通讯终端和被控对象（RT）。

飞控子系统与其他子系统进行数据通讯时，需要交换不同类型的数据，如BIT检测控制信号和检测结果、导弹正常工作中数据交换等。导弹与载机通讯时，飞控子系统是作为RT终端，飞控子系统根据载机通讯要求，划分不同发送和接收RT子地址，以滿足不同数据交换要求。导弹内部1553B通讯中，飞控子系统作为总线控制器，其他子系统作为RT终端，因此，其他子系统应该设置不同类型发送和接收RT子地址，以满足导弹内部1553B通讯时序要求。

5 导弹系统中BIT虚警分析

BIT技术对提高导弹系统测试性、维修性和保障性方面发挥了重要作用，但是也暴露出一些问题，较高的虚警在其中尤为突出。虚警是指设备的BIT系统或其他监控系统指示有故障，而实际上不存在故障的情况，它直接导致了飞控子系统可用性降低和全寿命周期费用提高，使得使用及维修人员对BIT逐步丧失信心，直接影响了BIT的应用与推广，严重制约了BIT技术更深入、广泛的应用。

BIT的虚警问题会在从飞行任务到后勤保障维护等多个方面造成严重后果，错误的BIT指示使得产品/部件功能得不到正常有效地利用，并且会因而影响飞行任务。需采取硬件措施和软件措施降低BIT虚警率。包括必要的硬件滤波措施，数字滤波和卡尔曼滤波技术，可以有效消除干扰噪声对实际信号的影响；理设置判故门限，以取得BIT故障检测率和虚警率的合理折中，多余度信息的数据融合，在BIT故障诊断算法中引入诸多专家系统、自适应和神经网络技术等智能理论和方法等。

6 结束语

目前，国内导弹武器系统的设计不太重视自检技术，而西方发达国家研制的导弹武器系统弹内大多采用总线设计，非常重视自检BIT技术及应用，所以武器系统的可靠性高，测试性好。本文深入研究基于1553B总线的测试技术及应用，可以大大简化测试流程，提高测试效率，同时降低对测试设备和测试环境的要求，具有很高的应用价值。

参考文献：

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