武器系统BIT的设计与应用＊

郑文荣 夏清涛

（海军工程大学电子工程学院 武汉 430033）

1 BIT技术

信息化条件下的现代战争对装备自身可测试性提出了更高的要求，机内测试（Built－in test）BIT技术的应用适应了装备技术的发展，提高了故障诊断精确性、显著地缩短诊断时间、降低维修保障成本和对维修人员的技能要求，从而提高装备的完好率。BIT是指“系统、设备内部提供的检测、隔离故障的自动测试能力”，即系统或设备本身具备进行故障检测、隔离或诊断的自动测试能力，而用于完成BIT功能的可以识别的硬件叫机内测试设备（BITE）。BIT技术的应用弥补了采用外部ATE测试的不足，在提高设备自身故障诊断能力的同时，大大降低设备的总体维护费用［1～4］。

BIT技术最初产生于20世纪70年代，目的在于改善装备的维修性、测试性和自诊断能力，并首先应用于航空航天领域和军事领域［5］。80年代以后神经网络、专家系统、模糊逻辑等智能理论和方法相继应用于BIT的故障诊断中，使得BIT的故障诊断能力提到大幅度的提高，并逐步解决BIT中存在的虚警问题。90年代以后，分级BIT技术、边界扫描技术等在BIT的应用使得BIT技术获得了越来越广泛的应用。在国内，BIT的研制主要集中在航空航天和军用装备系统中，其中最为典型的是各式雷达系统和机载设备［6～9］。

典型的BIT系统设计一般具备加电／启动BIT、周期BIT和维护BIT三种工作模式。启动BIT主要用于执行任务前系统状态的检查；周期BIT用于任务执行过程中对系统关键指标或状态的监控；维护BIT用于系统维护时的系统的故障检测与隔离。典型的BIT工作流程如图1所示，BIT系统在各种工作模式下能够检测系统中存在的故障，并将故障定位到可更换单元（Line replace unit，LRU）。

2 武器系统BIT设计与实现

BIT是测试大型复杂电路的有效方法，BIT由硬件本身执行完成的可测性设计技术［5～7］。在武器系统中，BIT模块是可测性设计的重要组成部分，在各个分系统中都有相应的检测点和检测电路，可实现对系统内可更换部件的故障诊断。

2.1 BIT诊断体系

线性反馈移位寄存器LFSR是BIT中最常见的一种硬件结构，在某复杂控制系统诊断体系中，将LFSR作为响应分析器。自诊断体系中的响应分析器由单输入16阶外部异或型LFSR线性反馈移位寄存器组成，其中的第7，9，12，16位反馈到输入端中，诊断体系组成结构如图2所示。

图2 BIT检测与诊断体系

其中ATPG为测试模式生成，ROM存储器存储无故障电路响应。LFSR响应分析器如图3所示，反馈多项式可表示为式（1）：

图3 LFSR响应分析器

LFSR的状态转换关系如方程（2）所示：

式（3）中的矩阵A为LFSR响应分析器的一个16×16的二进制反馈多式项的状态矩阵。由于f（x）是简单多项式，因此LFSR产生的序列是长度为216－1的最长序列。控制系统的每一部件的均设置检测点，每个部件检测点压缩输出成为1～4个诊断位（状态字），系统的所有诊断位的响应信号选择输出端进入LFSR进行线性压缩。被检测部件电路响应信号通过移位寄存器压缩后输出，通过LFSR比较压缩响应的状态输出和存储在微程序存储器中无故障电路的期待响应数据来判断被测部件电路是否存在故障。

2.2 舰炮武器系统BIT设计

舰炮武器系统作为现代海战中进攻和防御体系的重要组成部分，为提高该武器系统可靠性与可维修性，在进行系统设计中对全系统中的各个单元均进行了可测试性设计，将BIT单元嵌入到各个单元模块中，并由专门的自动检测设备（BITE）负责完成对所属单元与部件的检测［11］。在某舰炮武器系统中，BITE自检测设备能实现对系统的故障集中管理（包括检测、诊断、定位）、综合状态监控、模拟训练及数据录取分析等功能，BITE的主要使命任务包括：

1）完成系统检查、训练和数据录取任务；

2）完成系统网络状态监控和设备状态监控任务；

3）完成系统录取数据的分析、管理和输出控制任务。

该舰炮武器系统的BITE设备与武器系统其他设备之间的接口包括数字接口和模拟接口。数字接口包括网络接口和串行接口，网络接口以报文形式交换信息，根据通信方式和功能差异，网络接口可分为两种类型：网络通信接口和网络侦听接口。BITE数字接口连接示意图如图4所示。

图4 舰炮武器系统BITE接口

BITE主控计算机通过双冗余网卡接入系统网络，实现与系统内其他设备间的网络数据交换功能；BITE数据处理机的两块侦听网卡分别连接系统交换机两个网络通信模块的侦听端口，实现对系统网络交换信息的录取功能；BITE通过串行接口连接网络交换机的其中一个通信模块，实现网络监控功能。BITE设备的模拟接口主要包括与搜索雷达、跟踪雷达、光电跟踪仪、火炮和火控二台之间的接口。

2.3 BIT检测点设置

为保证系统的可靠运行，在武器系统设计时通常对其组件、部件都进行了可测性设计，在每个可更换的单元组件中设置数量不等的检测点，在检测状态下通过检查检测点的状态字可实时掌握系统的工作状态，如果存在故障可根据状态字确定故障部位。某武器系统的组成部件的状态字之一如表1所示，BITE设备检测时根据状态字的值对系统的工作状态的判断。

表1 状态字表

状态字的最低位B0代表SDC板状态，B0为1时表示SDC板状态正常，为0表示有故障；同理B1～B7位为1和0分别表示A／D板、D／A板、俯仰功放、方位功放、马达电源、激磁板等部件电路处于正常状态和故障状态。

BITE进行检测时，采用巡检的方式对所有部件上的检测点进行检测，获取所有检测点的状态字数据信息，从而对所有可更换组件的工作状态进行判断。在武器系统中，检测结果状态通常有设备未连接、正常、故障1和故障2。故障1是指设备故障，但能继续工作，或设备性能下降，可以降功能使用，维护系统正常工作；故障2是指设备严重故障，无法继续工作或者性能下降到不能维持系统正常工作。

3 结语

伴随着装备技术的发展，可靠性、可维修性和武器装备的作战性能都是战斗力的重要组成部分，在舰炮武器系统中，可靠性与可维修性是战斗力的根本保证，BIT技术已经被广泛地应用到武器系统的各个设备中。为保证系统稳定可靠运行，提高了系统故障诊断精确性，在系统组件可测性设计阶段可适当增加检测点，通过获取更多的状态信息，更好地实现检测与诊断。BIT在武器装备中的应用可显著地缩短诊断时间、降低维修保障成本和对维修人员的技能要求，从而提高装备的完好率，对武器装备的发展具有重要的作用。

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