地空导弹在架测试技术研究*

任续津，徐健，易仲原

(北京电子工程总体研究所，北京 100854)

0 引言

地空导弹武器系统是国土防空作战中常年担负战备值班的武器装备，部队使用中要求其随时处于良好的战备状态[1]。随着地空导弹更新换代，其武器系统日趋复杂[2]。地面装备在日常训练和维护中，可使用模拟器进行装备全过程状态检查，从而保证其状态处于良好的战备状态。导弹在技术阵地[3]，通过各种测试设备可以对弹上各设备进行较为全面的检查，但值班战备的导弹需长期安装于发射架上，温度等自然条件的剧烈变化[4]、器件的日常性能退化老化等因素有可能对导弹状态产生影响，而其作战效能的高低直接影响到防空作战的整体效果[5-6]。因此，导弹的在架测试就对装备战备状态的保证起到重要作用。

1 技术现状与发展趋势

地空导弹在架测试技术是复杂电子装备综合测试技术的应用实例，复杂电子装备综合测试技术是实现装备可靠性、维修性、保障性、测试性和安全性的重要技术手段，是改善装备测试性和故障诊断能力的重要途径，在保证装备战备完好率、提高维修效率方面发挥着重要的作用[7]。复杂电子装备广泛采用了机内自检技术和自动测试技术。机内自检(built-in test, BIT)是指系统/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/设备自身器件的工作参数和故障自诊断，然后执行故障隔离的一种综合能力。自动测试技术就是在计算机的统一控制下自动完成对被测对象的数据采集、数据分析处理以及测试结果输出的整个测试过程的技术[8]。实现某种自动测试任务的设备称为自动测试设备(automatic test equipment, ATE)。从20世纪80年代开始，美军就开始重视BIT技术的研究，着手完成了大量理论预研和型号任务工作。美国航空工业更是是BIT技术的先驱和引领者，把最先进的BIT理论和技术应用到军用、民用飞机中。F系列战斗机机电系统和电子设备不同程度地采用了BIT技术，波音公司也将BIT技术广泛应用到其主流机型中。近年来，我国对于BIT技术越来越重视，越来越多的军用产品以及民用产品采用了BIT技术，但对于故障诊断和虚警问题还有不少问题有待研究和解决。美军ATE技术从20世纪70年代开始经历了专用仪器组合、商用仪器和以VXI总线为标志的COTS 3个阶段，测试技术从专用化发展为通用化，再由通用化发展为标准化。我国的测试设备也从从仿制、手动测试，逐渐发展为自主研发、全自动测试。

导弹在架测试，就是指导弹处于安装在发射架上的状态下，通过测试设备对导弹进行的测试，主要为测试导弹的可发射性。与此相对，导弹离架测试，就是指导弹不处于安装在发射架的状态下，在特定地点使用测试设备进行的测试。目前，地空导弹的离架测试技术较为成熟，手段完善，覆盖全面，但也存在测试体系及手段单一、通用化程度较低、技术创新不足等问题，后续测试技术要向测试体系、通用测试、虚拟测试、网络化测试以及基于LXI测试方向发展[9]。相比而言，在架测试技术还不够成熟，测试手段和覆盖性还不够完善，如何在保证测试安全的情况下，借鉴离架测试技术，尽可能增加覆盖性，简化测试设备，仍是需要研究的问题。

2 测试需求与条件

2.1 需求分析

发射是地空导弹实施拦截作战的第一步，因此对于激活通路通畅对于地空导弹来说是至关重要的，由于采用大于阈值电流且时间积累足够的方式进行点火，激活通路阻值若有一定的变化，也可能对点火过程产生影响，因此在进行定性测试的基础上，定期进行定量测试也是一种必要的需求。

同时，供电回路、信号检测回路、总线回路等关键通路，也需要定期进行定量的测试，通过统计方法可以提前发现一些短路或断路的情况。

地空导弹是由包括弹上信息处理等多种设备组成的综合体，导弹的可靠性是由所有设备的可靠性串联而成，任何一个设备异常均会造成飞行失控。因此对弹上各设备的在架加电功能性能测试也成为必要需求。

2.2 在架测试条件限制

位于发射架上的导弹，是安装于发射筒内的，并且由锁定装置进行紧固锁定，保证导弹在吊装、运输等过程中的稳定性，因此，由于空间和位置固定的限制，造成导弹在架测试无法覆盖到需要进行导弹滚转及舵面动作等相关的测试。由于测试环境开放且无隔离设施，在工程实现时对安全性要特别进行设计，既保证人员安全，也保证装备安全。

3 总体设计

战备状态下，导弹安装于发射架上，通过电缆与发控设备相连，电缆中通常包含供电信号、控制信号、检测信号和通信信号。发控设备主要完成对导弹进行加电、瞄准装订、实施点火和紧急情况处理等任务[10]，在导弹发射前，发控设备能够对发射相关的基本射前状态进行定性的检查，但在设计过程中，导弹也预留了一些其他可量化的测试参数和测试接口。为增强导弹在发射车上能够实现的测试覆盖性，可增加一种简易测试设备，对上架导弹进行更为全面的测试，供使用部队掌握导弹状态。在架测试方案连接关系见图1。

便携式测试设备由便携测试箱、信号转接器和测试电缆组成。通过信号转接器，发控设备和便携测试箱测试接口1连接筒弹的发控接口，信号转接器根据不同项目将所需信号转接至相应测试接口。便携测试箱的测试接口2连接到筒弹上预留的测试接口，两者配合工作，共同完成测试流程。测试设备进行通用化设计，针对不同型号筒弹，使用不同转接电缆，可以实现测试设备的通用化。信号转接器原理示意图见图2，在不同测试项目连接不同输出接口，并通过测试软件进行项目设置，可以将信号通路自动切换至相应的状态，确保连接正确。便携测试设备设计预留网络接口，可以供上级设备通过网口对设备进行远程控制，实现远程测试，同时也可以通过网络接口将测试设备接入测试网络，作为测试体系网络中的基地级测试终端。

4 测试项目

地空导弹在架测试由机内自检(BIT)和自动测试(ATE)两大部分组成。机内自检由弹上设备自闭环检测，最终将结果下传至便携测试设备。自动测试由便携测试设备提供外部激励完成测试。根据需求分析测试项目主要包含激活通路阻值测量、电气通路测试、加电测试三大项，加电测试中有包含电源检查、通信检查和弹上设备功能性能测试。激活通路测量和电气通路测试是对弹上设备外部线路测试，由于在线路中设计传感器会增加系统复杂性、降低可靠性，因此该类测试不适于采用BIT技术，只能使用ATE进行测试。电源检查是对弹上二次电源的输入输出进行定量测试，供电由外部设备提供，该项测试既可采用BIT技术也可采用ATE技术，以实际情况来看，目前采用ATE技术进行测试，后续可根据二次电源设计改进采用BIT进行测试。通讯检查同样可以采用BIT和ATE技术，BIT可以基于通信芯片内置的回环电路实现，也可以在通信线路中增加回环电路和交叉开关，由于弹上设备通信线路自测试能力各不相同，该项检查采用ATE进行测试。由于弹上设备已进行了某些功能性能的BIT测试设计，因此可以采用BIT测试，结果下传至便携式测试设备的测试方法。

4.1 激活通路阻值测量

激活通路阻值测量是对导弹和发射筒内火工电路的导通电阻和绝缘电阻进行测试，根据合格范围确定阻值是否符合要求，该项测试是筒弹测试安全保证的前提。在进行激活通路阻值测量项目时，无需连接发控设备，测试电缆连接信号转接器的激活通路测试接口与筒弹的发控接口，筒弹测试接口空置，同时测试软件选择激活通路阻值测量项目，接通激活通路阻值测量通路。

与发控设备的测试方法的区别主要是，发控设备进行定性测试，本测量进行定量阻值的获取，激活通路阻值测量提供自动和人工2种方式，自动测试可以根据所选择测试通路，对弹上各火工品激活通路导通电阻和绝缘电阻进行自动测试，若自动测试的结果不符合值域范围，可用人工测试进行复验，提高测试准确性，排除误判情况。绝缘电阻测试是导弹控制系统测试的重要项目之一，绝缘电阻是反映电路各独立回路之间绝缘程度的重要指标[11]。火工电路绝缘电阻值很大，测试回路导线内阻可以忽略不计，采用二线制测量方法[12]。导弹火工品回路的导通电阻往往很小，与测试回路的导线内阻相当，因此采用四线制测量方法[13]，如图3a)所示，采用精确恒流源给被测电阻R供电，电流为I，理想情况下电压测量端接在被测电阻两端且内阻极大，根据并联电路分流关系，Iv可以忽略不计，因此

(1)

但是由于不同型号筒弹所能达到的电压测量点不同，不能保证电压测量点刚好在要测量的阻值两端，如图3b)所示，实际测量的电阻可能会有附加阻值R0，

R0=Ra+Rb.

(2)

为了消除附加阻值的影响，在进行激活通路阻值测量前先进行回路测试，即将a，b两点短接，如图3c)所示，测量附加阻值R0，

(3)

接入被测电路后，测得实际回路中阻值，

(4)

因此，被测电阻为

(5)

采用不进行误差消除和进行误差消除两种方法进行测量，得出一组测量值，见表1。

表1 小电阻测量结果对比

进行回路测试消除误差前后对比见图4，从图中可以看出，当被测电阻值越小时，不进行回路测试，其测量值误差越大。

选取消除误差后的测量值和真值进行最小二乘法曲线拟合，得到图5所示的拟合曲线，从图中可已得到相关系数R2=0.999 9，表明该设备采用四线制方法进行小电阻测量精度较高。

4.2 电气通路测试

电气通路测试是对被测对象电气系统通路进行检查，测量各信号和信号回线之间、信号点之间的阻抗情况，通过统计分析的方法，可以确定一些短路或者断路故障。在进行电气通路测试时，无需连接发控设备，测试电缆连接信号转接器电气通路测试接口和筒弹的发控接口，筒弹的测试接口连接便携测试箱的测试接口2，测试软件选择电气通路测试项目，接通电气通路测试通路。电气通路测试内容包括供电回路、信号检测回路、总线回路等阻抗。电气通路测试同样提供自动和人工2种方式，自动测试为主，当测试结果超差采用人工方式进行复验。

4.3 加电测试

为对筒弹进行综合的测试，需要导弹处于加电状态，因此设计了加电测试。加电测试是发控设备和便携测试设备协同完成的测试项目，发控设备提供弹地通信接口以及导弹供电电源，进行弹地通信及功能性能定性测试，利用发控设备进行导弹供电也减轻了便携测试设备的质量。便携测试设备提供弹上通信接口以及检测信号接口，进行弹上设备通信测试及检测信号定量测试。进行加电测试时，发控设备连接至信号转接器发控接口，测试电缆连接信号转接器加电测试接口和筒弹的发控接口，筒弹的测试接口连接便携测试箱测试接口2，测试软件选择加电测试项目，接通加电测试回路，具体项目包括如下几部分：

4.3.1 电源检查

电源检查分为一次电源检查和二次电源检查。

一次电源检查是在发控设备本地进行导弹供电后，使用便携测试箱通过测试电缆采集弹上供电电压和电流，根据标准范围判断一次电源供电情况。

二次电源检查是检查弹上各设备的工作电压，通过统计量值，采用数据演变分析的判读方法，观察数据的变化情况，进而判断弹上设备的情况。

4.3.2 通讯检查

通讯检查分为弹上通讯检查及弹地通讯检查。

弹上通讯检查主要检查弹上各设备的通讯功能是否正常，便携测试箱通过测试接口向弹上各设备(如应答机、导引头等)发送测试指令，通过接收应答信息，判定弹上设备的通讯功能是否正常。

弹地通讯检查主要检查弹地通讯功能是否正常，发控设备通过发控接口向弹上主控设备发送自检指令，弹上主控设备完成自检之后，将自检结果下传至发控设备，发控设备通过自检结果判定弹地通讯功能是否正常。

4.3.3 弹上设备功能性能测试

为检查某一弹上设备的功能性能，使用发控设备向弹上主控设备发送测试指令，由其控制弹上某一设备执行测试指令的具体动作，其将结果反馈给弹上主控设备，弹上主控设备将执行结果下传至发控设备，测试人员根据设定值判断响应正确性。

惯性测量装置是导弹等飞行器导航制导的关键部件，其精度决定了导弹的命中精度[14-15]，但其初始对准误差会随着时间传播累积[16]，因此需要定期或不定期对其漂移进行测试，以确定惯性测量装置是否还在正常工作范围内。惯导精度测试是由发控设备向弹上主控设备发送测试指令，由弹上主控设备控制完成惯导精度测试，并将结果下传至发控设备，根据结果判定惯性测量装置的状态。

5 测试安全性

作为测试对象的导弹，是具有强烈爆炸危险性的产品。测试项目的选择，固然有众多因素需要考虑，但保障测试安全当属首位[17]。考虑到筒弹的空间条件限制，为保证安全，引战系统及与其相关的测试不包括在在架测试范围内。

除了测试项目的选择，测试设备的安全性设计也具有重要作用。在激活通路阻值测量项目中，从安全性上考虑，根据实际要求，设备输出最大电流不超过10 mA[18]，便携测试箱内部的激活通路阻值测量模块在工作时不能使用外供电，以防止由于电网不稳定而引起的瞬时电流过大对设备造成损坏从而引发事故，因此，在设计中采用内部电池供电的方法。所选用锂电池，内部集成保护功能电路，能够防止电池过充、过放，并能实现短路、断路保护，从源头上保障功能电路在测试过程中的安全可靠。同时，电路中有多个器件会对输出电流起到限制作用，一旦出现器件失效的情况，整个电路的对外输出将变为0，从而避免了在故障情况下，输出超过安全电流10 mA的情况发生。

为解决电缆连接状态错误造成安全问题，信号转接器采用双重安全控制。除了不同测试项目使用不同接口外，信号转接器内部也会根据不同测试项目，自动接通相应信号线路的控制开关组件，测试软件对于不同测试项目进行互斥选择，因此不同测试项目的控制开关组件不会同时接通，防止弹上火工产品被误激活，通过人工的测试接口选择与自动的接口信号通断控制相结合，为测试提供安全双保险。同时测试通路采用双触点控制，保证线路的可靠性。

便携测试箱设计有网络接口，在必要的时候，可以进行设备远程控制，实现远程测试，保证了测试人员的安全性。同时该设备可以作为基地级测试设备终端接入测试系统网络，构成完整的网络化测试系统，符合体系化、网络化测试的发展要求。

6 本方案特点

本文进行地空导弹在架测试研究所提出的方案，具有以下特点：

(1) 具有较好的经济性。本方案充分考虑到如何利用现有设备资源，进行合理补充，在提高导弹测试覆盖性的同时，兼顾设备的经济型，重复功能不进行覆盖，从而提高了设备的经济型，也增强了便捷性。

(2) 具有较高的安全性。由于被测对象的高危险性，本文所提出的方案将安全性设计放在首位，从硬件和软件层面设计了多重保护，切实保证测试人员的安全性，同时也为远程测试预留了设计空间。

(3) 具有较强的通用性。本文所提出的方案，在设计之初就考虑到设备的通用性，在进行需求分析的基础上，将测试项目进行归化整合，通过转接测试电缆进行接口适配之后，该方案所设计的测试设备可以覆盖绝大多数地空导弹的测试需求。

(4) 符合测试设备体系化、网络化发展方向。该设备设计了网络接口，可以作为基地级测试设备终端接入测试系统网络，构成完整的网络化测试系统。

7 结束语

本文提出了一种地空导弹在架测试方案，并对可以进行的测试项目进行了研究。该方案在有效利用现有设备的基础上，增加便携测试设备提高导弹的测试覆盖性，借用发控设备的导弹地面电源为导弹供电，降低了便携测试设备的质量与体积，更方便使用，同时从设计角度保证了测试的安全性。该方案提出的在架测试从定性和定量2方面对导弹进行更为全面的检查，能够有效保证处于战备值班状态的导弹具有良好的性能状态。

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