简谈BITE技术及WUSH-AUTO型自动气象站原理应用

牛超+李雪+石大山+吴昊

【摘要】本文介绍BITE技术国内外现状及发展趋势，重点探讨WUSH-AUTO型自动气象站的原理和结构，通过外场试验测试，证明WUSH-AUTO型自动气象站在实际地面气象探测业务中的可用性。

【关键词】BITE；BIT；FRU；人工模拟故障

0引言

２０世纪70年代，美国空军开始在航空设备中设计并安装机内测试设备—BITE技术，如著名的F－18战斗攻击机，该机型于1978年11月18日首飞，其雷达系统内部安装可识别和隔离故障的测试设备（BITE）[1]。至今BITE技术在国外已得到迅速发展，逐步扩大到各个技术领域，已经形成一门与可靠性、维修性并行发展的学科分支。作为一门新兴学科，我国在该方面的研究起步较晚， 近些年来，有关部门已经开展了不少的研究工作，在装备研制中提出了测试性要求，开展了有关保障方面的工程设计工作。

1BITE技术

内置测试设备BITE( Built in Test Equipment)是从航空领域发展起来的一种设备内部自动测试技术[2]。随着大规模集成电路和计算机技术的广泛应用，硬件设备和软件系统在提高性能的同时，也大大增加了设备的复杂性，这对设备的维修性和可靠性有很大影响。BITE技术的出现，可以快速地检测该设备的故障，缩短故障检测与维修时间，提高其可靠性与安全性。

国外如芬兰VAISALA公司，英国COMPBELL公司和澳大利亚DATATALKER公司，都是气象行业内提供专业先进设备的领先公司，其采集器内置基本的数据质量监控功能，结合自检和诊断命令，提供状态数据，必要时可以提供交互式的测试和服务命令来确诊故障。我国现有业务观测使用的地面自动气象站设备本身还缺少内置检测装置（BITE）和自检系统，因此无法实现设备运行状态信息自动化，目前仅是基于自动气象站观测数据、辅以人工分析来判定设备运行状态，不能实时科学地反映设备运行情况和快速检测故障部位和原因。

2WUSH-AUTO型自动气象站简介

WUSH-AUTO型自动气象站由中国气象局气象探测中心、江苏省无线电科学研究所有限公司联合研制，在现有自动气象站基础上完成BITE电路设计，通过对自动气象站运行状态的实时监控和综合判断，实现自动气象站传感器及关键部件的故障自动检测和诊断。通过运行监控，提高自动气象站数据的置信度，缩短故障发生时间，保障自动气象站的长期稳定可靠运行。运行监控功能目前首先要求在七要素自动气象站实现(气温、湿度、气压、风速、风向、雨量、地温)，对构成自动站的传感器、采集器、电源等部件的工作状态进行监测，给出状态信息，并根据状态信息为气象数据加上可用性标识。

3WUSH-AUTO型自动气象站原理

为了实现运行监控，并细分故障类型，本系统引入了 FRU(Field Replaceable Unit) 和 BIT(Build In Test) 概念。自动气象站的每个组成部分，都是由若干个密切相关的 FRU 有机结合在一起而构成。例如，雨量筒由滤网、漏斗、干簧管、机芯、电缆等 FRU 构成。自动气象站在运行过程中，通过对关键 FRU 的工作状态进行 BIT，可以确定故障 FRU，区分故障类型，识别相关数据的可用性，并隔离故障 FRU。通过 BIT，自动气象站还可以对可能将要发生的故障提前发出告警。本系统能够执行两种类型的 BIT：初始化自检、运行中连续自检。自动气象站的 BIT 工作需结合 BITE来完成。自动气象站的某些 FRU(如数据采集器、监测模块等)内部集成了各种 BITE，可以对自身及其他 FRU 进行各方面的测试，对接入的传感器进行数据采集，并将测试结果和采集的数据发送到采集处理节点。例如，雨量监测节点，实现对雨量数据的采集，并对其中的干簧管、滤网等 FRU 的状态进行检测。

4WUSH-AUTO型自动气象站硬件结构

WUSH-AUTO自动气象站由采集处理节点、各类监测节点、外部总线、光纤和业务系统组成。各个组成部分又由多个 FRU 组合而成。组成结构见图 1，图中灰色部分的 FRU 中集成了 BITE。

图 1自动气象站结构图

4.1采集处理节点

采集处理节点由数据采集器、气压传感器、GPS、CF 卡、GPRS 通信模块、光纤通信模块等构成。其中数据采集器是自动气象站的核心，能够对本节点内的 FRU 进行测试，通过 CANopen 主站协议收集所有监测节点的测试结果，结合已有的数据质量控制程序，实现综合处理和诊断程序，确定系统各种 FRU 的状态，给出相关气象要素数据的可用性标识。所有状态监控信息和经过标识的数据由采集器进行存储，并负责传输到本地和远程中心站业务软件。数据采集器的功能结构如图 2。

图 2数据采集器功能结构

表1模拟故障测试表

4.2监测节点

监测节点由监测模块、传感器等构成。其中监测模块是监测节点的核心部件，它集成了 BITE，实现对本身及接入的各种 FRU 进行测试，对接入的传感器进行数据采集，并将测试结果和采集的数据通过 CANopen 从站协议发送到采集处理节点。监测模块的功能结构图如图3。

图3监测模块功能结构

5人工模拟故障

自动气象站的故障字典中对各种故障模型进行了描述。BIT 的测试结果，通过与故障模型进行匹配，可以识别各种 FRU 的故障。BITE故障自动监测包括气压传感器、温度（地温）传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、电源等10个部件。为了检测本系统的运行监控能力，按照固定的频率，设计了故障模拟器，制造人为的模拟故障。可以人工模拟测试BITE检测能力的有28种。

6结语

WUSH-AUTO型自动气象站设备状态、性能参数等自动化监控的实现，将大大提高设备维护维修效率，节约设备维护维修成本，产生较为可观的经济效益，为各级气象管理部门的备件储备、设备选型及技术升级等工作提供科学的决策依据，为我国气象预报服务能力和业务水平的进一步提高提供有力支撑，将在我国的社会经济发展、防灾减灾以及国际合作交流中发挥更重要的作用。

【参考文献】

［１］http://uzone.univs.cn/news2_2008_467318.html，中国大学生在线网[OL]．

［２］http://www.china-cam.cn/news/shuyu/2007/1/129979746051F5JB5IHJ4602_2.html，中国民航维修网[OL]．

［责任编辑：刘帅]

【摘要】本文介绍BITE技术国内外现状及发展趋势，重点探讨WUSH-AUTO型自动气象站的原理和结构，通过外场试验测试，证明WUSH-AUTO型自动气象站在实际地面气象探测业务中的可用性。

【关键词】BITE；BIT；FRU；人工模拟故障

0引言

２０世纪70年代，美国空军开始在航空设备中设计并安装机内测试设备—BITE技术，如著名的F－18战斗攻击机，该机型于1978年11月18日首飞，其雷达系统内部安装可识别和隔离故障的测试设备（BITE）[1]。至今BITE技术在国外已得到迅速发展，逐步扩大到各个技术领域，已经形成一门与可靠性、维修性并行发展的学科分支。作为一门新兴学科，我国在该方面的研究起步较晚， 近些年来，有关部门已经开展了不少的研究工作，在装备研制中提出了测试性要求，开展了有关保障方面的工程设计工作。

1BITE技术

内置测试设备BITE( Built in Test Equipment)是从航空领域发展起来的一种设备内部自动测试技术[2]。随着大规模集成电路和计算机技术的广泛应用，硬件设备和软件系统在提高性能的同时，也大大增加了设备的复杂性，这对设备的维修性和可靠性有很大影响。BITE技术的出现，可以快速地检测该设备的故障，缩短故障检测与维修时间，提高其可靠性与安全性。

国外如芬兰VAISALA公司，英国COMPBELL公司和澳大利亚DATATALKER公司，都是气象行业内提供专业先进设备的领先公司，其采集器内置基本的数据质量监控功能，结合自检和诊断命令，提供状态数据，必要时可以提供交互式的测试和服务命令来确诊故障。我国现有业务观测使用的地面自动气象站设备本身还缺少内置检测装置（BITE）和自检系统，因此无法实现设备运行状态信息自动化，目前仅是基于自动气象站观测数据、辅以人工分析来判定设备运行状态，不能实时科学地反映设备运行情况和快速检测故障部位和原因。

2WUSH-AUTO型自动气象站简介

WUSH-AUTO型自动气象站由中国气象局气象探测中心、江苏省无线电科学研究所有限公司联合研制，在现有自动气象站基础上完成BITE电路设计，通过对自动气象站运行状态的实时监控和综合判断，实现自动气象站传感器及关键部件的故障自动检测和诊断。通过运行监控，提高自动气象站数据的置信度，缩短故障发生时间，保障自动气象站的长期稳定可靠运行。运行监控功能目前首先要求在七要素自动气象站实现(气温、湿度、气压、风速、风向、雨量、地温)，对构成自动站的传感器、采集器、电源等部件的工作状态进行监测，给出状态信息，并根据状态信息为气象数据加上可用性标识。

3WUSH-AUTO型自动气象站原理

为了实现运行监控，并细分故障类型，本系统引入了 FRU(Field Replaceable Unit) 和 BIT(Build In Test) 概念。自动气象站的每个组成部分，都是由若干个密切相关的 FRU 有机结合在一起而构成。例如，雨量筒由滤网、漏斗、干簧管、机芯、电缆等 FRU 构成。自动气象站在运行过程中，通过对关键 FRU 的工作状态进行 BIT，可以确定故障 FRU，区分故障类型，识别相关数据的可用性，并隔离故障 FRU。通过 BIT，自动气象站还可以对可能将要发生的故障提前发出告警。本系统能够执行两种类型的 BIT：初始化自检、运行中连续自检。自动气象站的 BIT 工作需结合 BITE来完成。自动气象站的某些 FRU(如数据采集器、监测模块等)内部集成了各种 BITE，可以对自身及其他 FRU 进行各方面的测试，对接入的传感器进行数据采集，并将测试结果和采集的数据发送到采集处理节点。例如，雨量监测节点，实现对雨量数据的采集，并对其中的干簧管、滤网等 FRU 的状态进行检测。

4WUSH-AUTO型自动气象站硬件结构

WUSH-AUTO自动气象站由采集处理节点、各类监测节点、外部总线、光纤和业务系统组成。各个组成部分又由多个 FRU 组合而成。组成结构见图 1，图中灰色部分的 FRU 中集成了 BITE。

图 1自动气象站结构图

4.1采集处理节点

采集处理节点由数据采集器、气压传感器、GPS、CF 卡、GPRS 通信模块、光纤通信模块等构成。其中数据采集器是自动气象站的核心，能够对本节点内的 FRU 进行测试，通过 CANopen 主站协议收集所有监测节点的测试结果，结合已有的数据质量控制程序，实现综合处理和诊断程序，确定系统各种 FRU 的状态，给出相关气象要素数据的可用性标识。所有状态监控信息和经过标识的数据由采集器进行存储，并负责传输到本地和远程中心站业务软件。数据采集器的功能结构如图 2。

图 2数据采集器功能结构

表1模拟故障测试表

4.2监测节点

监测节点由监测模块、传感器等构成。其中监测模块是监测节点的核心部件，它集成了 BITE，实现对本身及接入的各种 FRU 进行测试，对接入的传感器进行数据采集，并将测试结果和采集的数据通过 CANopen 从站协议发送到采集处理节点。监测模块的功能结构图如图3。

图3监测模块功能结构

5人工模拟故障

自动气象站的故障字典中对各种故障模型进行了描述。BIT 的测试结果，通过与故障模型进行匹配，可以识别各种 FRU 的故障。BITE故障自动监测包括气压传感器、温度（地温）传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、电源等10个部件。为了检测本系统的运行监控能力，按照固定的频率，设计了故障模拟器，制造人为的模拟故障。可以人工模拟测试BITE检测能力的有28种。

6结语

WUSH-AUTO型自动气象站设备状态、性能参数等自动化监控的实现，将大大提高设备维护维修效率，节约设备维护维修成本，产生较为可观的经济效益，为各级气象管理部门的备件储备、设备选型及技术升级等工作提供科学的决策依据，为我国气象预报服务能力和业务水平的进一步提高提供有力支撑，将在我国的社会经济发展、防灾减灾以及国际合作交流中发挥更重要的作用。

【参考文献】

［１］http://uzone.univs.cn/news2_2008_467318.html，中国大学生在线网[OL]．

［２］http://www.china-cam.cn/news/shuyu/2007/1/129979746051F5JB5IHJ4602_2.html，中国民航维修网[OL]．

［责任编辑：刘帅]

【摘要】本文介绍BITE技术国内外现状及发展趋势，重点探讨WUSH-AUTO型自动气象站的原理和结构，通过外场试验测试，证明WUSH-AUTO型自动气象站在实际地面气象探测业务中的可用性。

【关键词】BITE；BIT；FRU；人工模拟故障

0引言

２０世纪70年代，美国空军开始在航空设备中设计并安装机内测试设备—BITE技术，如著名的F－18战斗攻击机，该机型于1978年11月18日首飞，其雷达系统内部安装可识别和隔离故障的测试设备（BITE）[1]。至今BITE技术在国外已得到迅速发展，逐步扩大到各个技术领域，已经形成一门与可靠性、维修性并行发展的学科分支。作为一门新兴学科，我国在该方面的研究起步较晚， 近些年来，有关部门已经开展了不少的研究工作，在装备研制中提出了测试性要求，开展了有关保障方面的工程设计工作。

1BITE技术

内置测试设备BITE( Built in Test Equipment)是从航空领域发展起来的一种设备内部自动测试技术[2]。随着大规模集成电路和计算机技术的广泛应用，硬件设备和软件系统在提高性能的同时，也大大增加了设备的复杂性，这对设备的维修性和可靠性有很大影响。BITE技术的出现，可以快速地检测该设备的故障，缩短故障检测与维修时间，提高其可靠性与安全性。

国外如芬兰VAISALA公司，英国COMPBELL公司和澳大利亚DATATALKER公司，都是气象行业内提供专业先进设备的领先公司，其采集器内置基本的数据质量监控功能，结合自检和诊断命令，提供状态数据，必要时可以提供交互式的测试和服务命令来确诊故障。我国现有业务观测使用的地面自动气象站设备本身还缺少内置检测装置（BITE）和自检系统，因此无法实现设备运行状态信息自动化，目前仅是基于自动气象站观测数据、辅以人工分析来判定设备运行状态，不能实时科学地反映设备运行情况和快速检测故障部位和原因。

2WUSH-AUTO型自动气象站简介

WUSH-AUTO型自动气象站由中国气象局气象探测中心、江苏省无线电科学研究所有限公司联合研制，在现有自动气象站基础上完成BITE电路设计，通过对自动气象站运行状态的实时监控和综合判断，实现自动气象站传感器及关键部件的故障自动检测和诊断。通过运行监控，提高自动气象站数据的置信度，缩短故障发生时间，保障自动气象站的长期稳定可靠运行。运行监控功能目前首先要求在七要素自动气象站实现(气温、湿度、气压、风速、风向、雨量、地温)，对构成自动站的传感器、采集器、电源等部件的工作状态进行监测，给出状态信息，并根据状态信息为气象数据加上可用性标识。

3WUSH-AUTO型自动气象站原理

为了实现运行监控，并细分故障类型，本系统引入了 FRU(Field Replaceable Unit) 和 BIT(Build In Test) 概念。自动气象站的每个组成部分，都是由若干个密切相关的 FRU 有机结合在一起而构成。例如，雨量筒由滤网、漏斗、干簧管、机芯、电缆等 FRU 构成。自动气象站在运行过程中，通过对关键 FRU 的工作状态进行 BIT，可以确定故障 FRU，区分故障类型，识别相关数据的可用性，并隔离故障 FRU。通过 BIT，自动气象站还可以对可能将要发生的故障提前发出告警。本系统能够执行两种类型的 BIT：初始化自检、运行中连续自检。自动气象站的 BIT 工作需结合 BITE来完成。自动气象站的某些 FRU(如数据采集器、监测模块等)内部集成了各种 BITE，可以对自身及其他 FRU 进行各方面的测试，对接入的传感器进行数据采集，并将测试结果和采集的数据发送到采集处理节点。例如，雨量监测节点，实现对雨量数据的采集，并对其中的干簧管、滤网等 FRU 的状态进行检测。

4WUSH-AUTO型自动气象站硬件结构

WUSH-AUTO自动气象站由采集处理节点、各类监测节点、外部总线、光纤和业务系统组成。各个组成部分又由多个 FRU 组合而成。组成结构见图 1，图中灰色部分的 FRU 中集成了 BITE。

图 1自动气象站结构图

4.1采集处理节点

采集处理节点由数据采集器、气压传感器、GPS、CF 卡、GPRS 通信模块、光纤通信模块等构成。其中数据采集器是自动气象站的核心，能够对本节点内的 FRU 进行测试，通过 CANopen 主站协议收集所有监测节点的测试结果，结合已有的数据质量控制程序，实现综合处理和诊断程序，确定系统各种 FRU 的状态，给出相关气象要素数据的可用性标识。所有状态监控信息和经过标识的数据由采集器进行存储，并负责传输到本地和远程中心站业务软件。数据采集器的功能结构如图 2。

图 2数据采集器功能结构

表1模拟故障测试表

4.2监测节点

监测节点由监测模块、传感器等构成。其中监测模块是监测节点的核心部件，它集成了 BITE，实现对本身及接入的各种 FRU 进行测试，对接入的传感器进行数据采集，并将测试结果和采集的数据通过 CANopen 从站协议发送到采集处理节点。监测模块的功能结构图如图3。

图3监测模块功能结构

5人工模拟故障

自动气象站的故障字典中对各种故障模型进行了描述。BIT 的测试结果，通过与故障模型进行匹配，可以识别各种 FRU 的故障。BITE故障自动监测包括气压传感器、温度（地温）传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、电源等10个部件。为了检测本系统的运行监控能力，按照固定的频率，设计了故障模拟器，制造人为的模拟故障。可以人工模拟测试BITE检测能力的有28种。

6结语

WUSH-AUTO型自动气象站设备状态、性能参数等自动化监控的实现，将大大提高设备维护维修效率，节约设备维护维修成本，产生较为可观的经济效益，为各级气象管理部门的备件储备、设备选型及技术升级等工作提供科学的决策依据，为我国气象预报服务能力和业务水平的进一步提高提供有力支撑，将在我国的社会经济发展、防灾减灾以及国际合作交流中发挥更重要的作用。

【参考文献】

［１］http://uzone.univs.cn/news2_2008_467318.html，中国大学生在线网[OL]．

［２］http://www.china-cam.cn/news/shuyu/2007/1/129979746051F5JB5IHJ4602_2.html，中国民航维修网[OL]．

［责任编辑：刘帅]