空空导弹测试性试验方法研究

孔令伟

摘 要：随着电子技术的快速发展，装备的测试性设计水平要求越来越高，而测试性试验作为评估装备测试性水平的重要技术手段，越来越受到重视。本文阐述了测试性试验的重要性及现状，并针对空空导弹测试性考核需求，结合空空导弹技术特点，从FMECA、故障样本选取、故障注入方式和试验流程等方面入手，提出了适用于空空导弹测试性试验的方法。

关键词：测试性试验;FMECA;故障注入;故障样本

中图分类号：TJ762.23文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）06-0060-03

Research on Testability Test Method of Airborne Missile

KONG Lingwei

（China Airborne Missile Academy，Luoyang Henan 471009）

Abstract： With the rapid development of electronic technology， the requirements for testability design of equipment are getting higher and higher， as an important technical means to evaluate the testability level of equipment， testability test has attracted more and more attention. This paper explained the importance and current status of test trials， in response to the testability requirements of airborne missiles， combined with the technical characteristics of airborne missiles， starting from the aspects of FMECA， fault sample selection， fault injection methods and test procedures， proposed a method suitable for testability tests of airborne missiles.

Keywords： testability test;FMECA;fault injection;fault sample

随着电子技术的飞速发展，航空装备的功能性能、集成规模、智能化和复杂程度得到了很大的提升，这也给装备的测试、诊断提出了更高、更新、更严的要求。如果要实现快速而精确的测试，就必须在装备设计研制初期综合考虑测试、诊断与保障问题，使装备具有良好的测试性[1]。目前，战场环境越来越复杂，对武器装备的测试性要求也越来越高，其需要具有简洁高效的测试诊断能力，而如何验证装备的测试性设计水平就成为装备设计定型时需要开展的重要工作[2]。测试性试验作为评价测试性设计水平的重要手段，受到各方的关注，如何减少测试性试验成本、节约试验时间、更加科学准确地对测试性指标进行验证和评价成为测试性试验重点关注的问题。

1 测试性试验现状

测试性验证试验是指在装备设计定型、生产定型或有重大设计更改时，即在实验室或实际使用环境下，对装备注入一定数量的故障，用测试性设计规定的方法进行故障检测与隔离，按其结果来估计装备的测试性水平，判断是否达到规定的测试性要求，决定接收或者拒收[3]。测试性试验通过试验数据来检验装备测试性设计是否满足指标要求，是装备设计定型阶段的重要工作。

目前，国外在武器装备测试性验证试验方面已有很多成功的案例。例如，APG-66雷达系统、APG-65雷达系统都开展了测试性验证试验。而国内武器装备测试性验证工作起步较晚，2012年起，多家试验机构开始进行测试性验证方面的研究，并在某型飞机上开展了测试性验证试验工作。空空导弹方面，目前多采用收集自然故障的方式来进行评估，此种方式存在数据收集周期长、故障样本数不足等问题，无法真实有效地验证产品的测试性水平。

2 空空导弹测试性试验方案

测试性试验需要在产品实物中注入故障来验证装备测试性设计水平，但是试验需要消耗产品且对产品具有破坏性。考虑到试验风险、费用及时间，国内现有测试性试验一般都对试验样本总数进行限定，有限的试验故障注入样本代表性差，无法保证对装备主要功能和关键故障的覆盖，不仅会影响试验结果的可信度，也无法充分暴露产品潜在故障。因此，通过分析提出结合装备本身特点的测试性试验方案，对充分暴露产品设计缺陷、客观评价产品测试性有着至关重要的作用。

2.1 面向测试性试验的FMECA

故障模式、影响和危害性分析（Failure Mode， Effects and Criticality Analysis，简称FMECA）是测试性工作的重要組成部分，其分析的内容包括产品的组成、结构、故障模式、失效率和测试手段等，是开展测试性预计、测试性分配、测试性试验等测试性相关工作的重要依据。FMECA中，故障模式分析是否全面、失效率分析是否准确、故障模式的检测方式是否正确很大程度上决定了能否真实有效地反映产品的测试性水平[4]。为保证空空导弹测试性试验更好地开展，本研究提出了空空导弹面向测试性试验的FMECA方法，其FMECA应做到以下几点。

在策划实施测试性试验时，人们应根据试验对象的级别，确定需要开展FMECA的最低约定层次，不合理的约定层次划分可能会带来额外的工作负担。不同层次的FMECA可以得到相应层次的故障模式、故障率和故障影响等信息。在分析过程中，应根据约定层次，对初始约定层次和最低约定层次进行调整，同时要明确各个约定层次的故障模式、故障影响、检测方法以及各级影响等，并自下而上地按照层次的级别进行分析，也就是按照元器件、功能电路、电路板、分组件、组件和导弹等逐级往上分析，进而构成产品完整的FMECA。

为满足测试性试验的需求，故障模式应分解到最低功能单元电路或元器件，同时要尽可能地涵盖其所有失效形式，故障模式的定义也应该做到清晰、准确，对于大规模集成电路，应按不同的功能分别进行分析;电连接器的故障模式应尽量细化到信号，无法细化的信号可作为一整体进行分析[5]。同时，在各级故障模式分析中，产品或相似产品发生过的故障模式必须纳入其中。

故障原因分析时，应保证下级故障到上级故障的传递。众所周知，各故障模式的故障原因为下一层次的故障模式，因此，在填写故障原因时，应列清所有导致本故障模式的下一层次的故障模式。如果导致该故障模式的原因有多个时，必须将所有原因罗列，不能遗漏。

在进行故障检测方法分析时，人们应给出每个故障的检测指示，即该故障发生时某种测试方法下检测点对该故障的不正常参数或者异常的指示。

2.2 测试性验证试验故障样本选取

《装备测试性工作通用要求》（GJB 2547A—2012）给出了四种测试性验证试验方案，分别是《维修性试验与评定标准》（GJB 2072—1994）的验证方案、考虑双方风险的验证方案、估计参数值的验证方案和最低可接受值验证方案。这四种方案都存在各自的优缺点和使用限制，在空空导弹上并不完全适用。

针对产品的测试性设计，用户除了关注其定量指标（故障检测率、故障隔离率、虚警率）是否满足要求外，还关注产品中故障率高、影响任务完成和影响安全的电路是否能够检测和隔离。针对用户需求，在空空导弹上开展测试性试验时，人们应将这些因素考虑进去。因此，空空导弹故障样本的选取方法是以按故障率分层的抽样方案为基础，将单元影响系数加入其中，对系统影响更大的组成单元将分配到更多的试验样本，各单元分配的样本数量如式（1）所示。

[ni=n×QiTiLii=1NQiTiLi]                             （1）

式中，[n]为样本量总数;[ni]为单元i应分配到的样本量;[Li]为单元影响系数;[Qi]和[Ti]分别为第i个单元的数量和工作时间系数。

单元影响系数[Li]受多个因素影响，单元影响系数[Li]的值等于各影响因素值之和，每个影响因素对[Li]的影响程度不同，在空空导弹上，主要考虑的影响因素为故障率和故障危害度，其他影响因素如成本等对空空导弹的影响较小，因此不予考虑。

在考虑故障率及故障影响等因素完成分配后，某些单元分配的样本数可能超出单元可能存在的故障总数，因此人们需要对其进行调整。调整过程中，人们应考虑样本的覆盖充分性，保证测试手段覆盖的每个结构或功能单元至少分配一个故障样本。

2.3 故障注入方式分析与优化

故障注入技術是测试性试验中的一项关键技术，对于不同级别、不同类型的产品，其适用的故障注入方法也是不同的。选择合适的故障注入方式，不仅能够提高效率，还能降低对产品的破坏。按照实现途径，故障注入方法可以分为基于模拟实现的故障注入方法和基于物理实现的故障注入方法两类[6]。基于模拟实现的故障注入方法是通过运用相关软件建立产品功能模型，并对电路元器件的主要失效模式及影响因素进行分析并建模，形成故障仿真模型，在模型中的相关节点注入故障，通过仿真结果确认故障对系统性能的影响[7];基于物理实现的故障注入方法是在产品实物上通过物理方式注入一定数量的故障，并使用相应的测试方法进行故障检测与隔离，根据结果估计装备的测试性水平。基于物理实现的故障注入是目前最常用的注入方式，可分为总线故障注入、探针故障注入、插拔式故障注入、转接板故障注入和软件故障注入[8]。

在空空导弹上开展测试性试验时，人们应考虑故障注入的可达性、准确性、有效性和安全性等问题。在故障样本确定时，人们应明确其注入方式。目前，空空导弹主要采用基于物理实现的故障注入方法，优先采用无损故障注入，主要包括软件故障注入、总线故障注入、转接板故障注入，对于无法采用无损注入且确保不会造成不可恢复性影响的前提下，可以选择探针故障注入和插拔式故障注入。

2.4 试验流程优化设计

典型测试性试验流程如图1所示，其存在的主要问题如下：缺乏试验前对注入故障后的影响分析，一旦注入破坏性的故障，就会烧毁产品;没有确认故障与注入方式是否对应，会导致试验结果与事实不符;没有进行故障撤除的验证，存在撤除不彻底现象而影响下一个故障的试验结果;数据记录不完整，会因缺乏详细数据而无法对不可测原因进行深入分析。

针对存在的问题，人们要从试验前准备、试验实施、试验后分析各环节进行了优化。测试性试验中，人们要根据职能建立两个不同的小组。一组负责从预选故障样本中选取具体的故障模式，并实施故障注入和故障撤除，另一组负责利用规定方法检测和隔离故障。同时，要明确并细化试验前准备、试验后分析等的工作内容及要求，各小组按照各自职责开展工作，相互协作，确保整个试验过程规范、完善。

3 结论

本文针对空空导弹的特点，从理论和实践方面对测试性故障注入试验技术进行了研究，提出了面向测试性试验的FMECA方法、故障注入方式分析与优化方法、测试性验证试验故障样本优化选取方法等测试性试验关键环节的具体可行的工作思路，针对测试性试验流程提出了优化内容和控制要求，为装备研制过程中测试性设计薄弱环节的及时暴露提供了具体的工程方法。

参考文献：

[1]中国人民解放军总装备部.装备测试性工作通用要求：GJB 2547A—2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

[2]中央军委装备发展部.装备测试性试验与评价：GJB 8895—2017[S].北京：中国标准出版社，2017.

[3]向萌，江丰.装备测试性验证技术综述[J].电子产品可靠性与环境试验，2016（2）：65-70

[4]姜梅.面向测试性试验的FMECA研究[J].测控技术，2018（5）：1-4.

[5]吴栋，黄永华.装备试验鉴定新形势下测试性验证工作分析[J].可靠性与环境适应性理论研究，2019（1）：30-34.

[6]刘城.电子系统测试性虚拟验证与综合评估技术研究[D].成都：电子科技大学，2016：20.

[7]颜世刚，齐亚峰.测试性试验的故障注入方法优化研究[J].计算机测量与控制，2019（4）：97-101.

[8]王东雷，胡泊.舰载雷达测试性试验方法研究[J].雷达与对抗，2016（4）：15-18.