空空導彈測試設備故障診斷儀器的研究與開(kāi)發(fā)

摘要：空空導彈測試設備故障診斷主要是電子電路故障診斷，應建立兩級診斷儀器體系。介紹了故障診斷儀器中應用的關(guān)鍵技術(shù)和設計實(shí)踐，指出了研究方向。
關(guān)鍵詞：空空導彈測試設備；故障診斷；診斷儀器

1 引言
空空導彈測試設備出現故障，會(huì )使其不能使用或檢測出來(lái)的參數不準確，直接影響到空空導彈的戰備或作戰保障。因此，必須對測試設備故障及時(shí)進(jìn)行維修，保證設備隨時(shí)可用。
空空導彈測試設備是一種光機電設備，但體現其功能的主要還是電子電路系統，且其故障主要出現在電子電路系統中，所以其故障診斷問(wèn)題主要是電子電路故障診斷的問(wèn)題。因此本文主要從電子電路系統故障診斷的角度進(jìn)行論述。
從我軍空空導彈測試設備故障診斷現狀看，還存在以下不足：
(1)測試設備還缺乏有效的狀態(tài)監測手段，對故障不能早期發(fā)現；
(2)故障診斷方法以人工診斷為主，測試技師依賴(lài)于測試儀器的數據進(jìn)行故障診斷。
為此，本文首先提出應建立兩級診斷儀器體系，并對應采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論；然后對智能診斷的理論和方法進(jìn)行了討論，以進(jìn)一步提高診斷儀器的診斷能力；最后指出了未來(lái)研究方向。

2 診斷儀器體系
故障診斷需要一定的儀器設備支持。診斷儀器體系是指根據維修特點(diǎn)、維修體制和診斷要求確定的診斷儀器種類(lèi)。
空空導彈測試設備在結構上具有模塊化、插件式的結構，通過(guò)更換模塊或插件即可進(jìn)行快速修復，這是它的維修特點(diǎn)。
從維修體制上看，空空導彈測試設備實(shí)行兩級維修體制：基層級和基地級維修?；鶎蛹壘S修以換件修理為主，診斷目標為可更換單元（插件），基地級維修以插件修復為主，診斷目標為可更換元件。戰時(shí)則實(shí)行靠前修理，以保證使用為目標。
根據上述特征，認為空空導彈測試設備故障診斷系統應建立兩級診斷儀器：
（1）系統級故障診斷儀器。其診斷目標是及時(shí)發(fā)現設備故障運行狀態(tài)，并將故障定位到可更換插件。系統級故障診斷儀器可由BIT實(shí)現。
（2）插件級故障診斷儀器。其目標是對更換下的故障插件進(jìn)一步定位到可更換元件。一般可稱(chēng)為插件故障診斷儀。
因此，空空導彈測試設備的故障診斷儀器由系統級和插件級故障診斷儀器一起，形成兩級儀器設備體系。

3 系統級故障診斷儀器
系統級故障診斷儀器與測試設備同時(shí)運行，它應及時(shí)反映測試設備工況。其重要設計技術(shù)就是機內測試（BIT）技術(shù)。
BIT技術(shù)是復雜武器裝備整體設計、分系統設計、狀態(tài)監測、故障診斷、維修決策等方面的關(guān)鍵共性技術(shù)。它具有提高故障診斷的精確性、顯著(zhù)地縮短維修時(shí)間、降低維修成本和對維修人員的技能要求等優(yōu)點(diǎn)。
BIT的關(guān)鍵是測試點(diǎn)的選擇。選擇的基本原則是測試點(diǎn)要能保證使BIT故障檢測率和隔離率最佳。一般包括三類(lèi)測試點(diǎn)：無(wú)源、有源、無(wú)源和有源測試點(diǎn)[1]。
對不同壽命階段的裝備，采用不同的策略進(jìn)行系統級診斷儀器開(kāi)發(fā)：
（1）對新設計裝備，在設計階段，BIT系統與測試系統一起進(jìn)行設計，提高設備固有的狀態(tài)監測與故障診斷能力。
（2）對已服役裝備，可結合裝備大修進(jìn)行系統改裝，提高狀態(tài)監測與故障診斷能力。改裝應在充分論證和實(shí)踐的基礎上進(jìn)行。
針對某型號空空導彈測試設備的自檢功能不足、缺乏狀態(tài)監測的情況，文獻[2][3]設計了一套狀態(tài)監測與故障診斷系統，其結構如圖2所示，它屬于系統級故障診斷儀器。

4 插件級故障診斷儀器
插件即印刷電路板（PCB），一般由模擬和數字電路組成，對它的故障診斷是一個(gè)混合診斷問(wèn)題。用于插件故障診斷的測試儀器可分為兩種類(lèi)型：基于元件測試的診斷儀器和基于板級I/O測試的診斷儀器。
基于元件測試的診斷儀器，又叫在線(xiàn)測試儀。它主要采用了后驅動(dòng)等相關(guān)技術(shù)，能在電路板不工作的情況下，直接測試電路板上的元器件，判斷其好壞、功能和型號，從而能夠方便、快捷地對各種復雜電路進(jìn)行器件一級的維修[4]。后驅動(dòng)技術(shù)又稱(chēng)為“強驅動(dòng)”、“反驅動(dòng)”或“過(guò)驅動(dòng)”技術(shù)，它的主要設計思想是用瞬態(tài)大信號隔離其它器件對被測器件的影響，達到給被測器件施加測試碼的目的。在線(xiàn)測試儀功能較理想，但也存在價(jià)格較昂貴、操作相對復雜，后驅動(dòng)可能造成元件的損傷等不足，比較適合基地維修使用。
基于板級I/O測試的診斷儀器，在計算機的控制下，按照測試程序集（TPS）的要求，對電路插件端口施加激勵，測取相應的響應，與TPS結果進(jìn)行比較，從而完成故障的檢測和定位?？湛諏棞y試設備的插件一般具有統一的接口，插件可通過(guò)統一的適配器與診斷儀器連接。由于大部分操作在計算機的控制下自動(dòng)進(jìn)行，因而使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，適合進(jìn)行現場(chǎng)排故。
用TPS對電路板進(jìn)行自動(dòng)測試，是目前國際上較為先進(jìn)的手段。但TPS的開(kāi)發(fā)是一項需要耗費大量人力物力的工作。為降低TPS開(kāi)發(fā)難度，提高開(kāi)發(fā)效率，現在應用軟件仿真工具開(kāi)發(fā)測試程序已成為T(mén)PS開(kāi)發(fā)的主流技術(shù)。如用于數字電路測試開(kāi)發(fā)和邏輯分析的仿真軟件LASAR（邏輯自動(dòng)激勵與響應）[5]。此外，常用的EDA軟件如Protel、OrCAD等也具備電路仿真的功能，可用于輔助進(jìn)行TPS的開(kāi)發(fā)。
在具體設計時(shí)，要注意綜合運用先進(jìn)技術(shù)，使診斷儀器硬件平臺向標準化、通用化的方向發(fā)展，測試軟件工程化，統一測試軟件平臺[6]。
文獻[7]提出了一種基于板級I/O測試的空空導彈測試儀插件故障診斷儀的設計?？傮w方案如圖1所示。

圖1 插件故障診斷儀總體框圖

該診斷儀采用上下位機的結構體系，具有控制靈活、簡(jiǎn)單易行、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

5 智能診斷
目前，用于系統故障診斷的方法可分為兩類(lèi)：完全基于檢測數據處理的傳統診斷方法和基于知識處理的智能診斷方法[8]。智能診斷是傳統診斷方法的發(fā)展。它以知識處理技術(shù)為基礎，在知識的層次上，實(shí)現辨證邏輯與數理邏輯的集成、符號處理與數值處理的統一、推理過(guò)程與算法過(guò)程的統一、知識庫與數據庫是交互等[9]。
診斷型專(zhuān)家系統是智能診斷應用最早、最成熟的智能診斷方法。專(zhuān)家系統一般由知識庫、推理機、綜合數據庫、解釋程序、知識獲取程序和人機接口等組成。文獻[2][3]提出了一種空空導彈測試儀故障診斷專(zhuān)家系統的結構，如圖2所示。

圖2 一種故障診斷專(zhuān)家系統結構圖

獻[10]對一種基于產(chǎn)生式規則的空空導彈測試設備故障診斷知識庫的建立和維護進(jìn)行了詳細闡述，文獻[11]對建立某型導彈檢測設備故障診斷專(zhuān)家系統進(jìn)行了有益探討。
要提高診斷儀器的故障診斷能力，在診斷儀器中應用智能診斷理論和方法是必由之路。智能診斷的理論和方法都還在不斷的發(fā)展和完善之中，將它應用于空空導彈測試設備故障診斷中，也還有很長(cháng)的路要走。

6 總結與展望
本文結合具體型號，介紹了空空導彈測試設備故障診斷儀器體系結構的建立和設計實(shí)踐。在空空導彈測試設備故障診斷中，采用系統級和插件級故障診斷儀器是一種合理的儀器設備體系。
要最終解決空空導彈測試設備故障診斷問(wèn)題，還有很多工作要做。今后，要注意以下幾點(diǎn)：
（1）從診斷系統設計過(guò)程看，在裝備設計階段要進(jìn)行裝備的測試性設計，提高裝備的可測試性；在裝備使用階段，要進(jìn)行診斷系統的再設計，進(jìn)一步提高診斷能力。
（2）從診斷理論和方法上看，要綜合運用基于數據的診斷和基于知識的診斷。
（3）從診斷技術(shù)上看，要注意運用現代信息技術(shù)的成果，實(shí)現遠程、網(wǎng)絡(luò )化的診斷。