空空导弹测试设备故障诊断仪器的研究与开发

摘要：空空导弹测试设备故障诊断主要是电子电路故障诊断，应建立两级诊断仪器体系。介绍了故障诊断仪器中应用的关键技术和设计实践，指出了研究方向。
关键词：空空导弹测试设备；故障诊断；诊断仪器

1 引言
空空导弹测试设备出现故障，会使其不能使用或检测出来的参数不准确，直接影响到空空导弹的战备或作战保障。因此，必须对测试设备故障及时进行维修，保证设备随时可用。
空空导弹测试设备是一种光机电设备，但体现其功能的主要还是电子电路系统，且其故障主要出现在电子电路系统中，所以其故障诊断问题主要是电子电路故障诊断的问题。因此本文主要从电子电路系统故障诊断的角度进行论述。
从我军空空导弹测试设备故障诊断现状看，还存在以下不足：
(1)测试设备还缺乏有效的状态监测手段，对故障不能早期发现；
(2)故障诊断方法以人工诊断为主，测试技师依赖于测试仪器的数据进行故障诊断。
为此，本文首先提出应建立两级诊断仪器体系，并对应采用的关键技术进行了讨论；然后对智能诊断的理论和方法进行了讨论，以进一步提高诊断仪器的诊断能力；最后指出了未来研究方向。

2  诊断仪器体系
故障诊断需要一定的仪器设备支持。诊断仪器体系是指根据维修特点、维修体制和诊断要求确定的诊断仪器种类。
空空导弹测试设备在结构上具有模块化、插件式的结构，通过更换模块或插件即可进行快速修复，这是它的维修特点。
从维修体制上看，空空导弹测试设备实行两级维修体制：基层级和基地级维修。基层级维修以换件修理为主，诊断目标为可更换单元（插件），基地级维修以插件修复为主，诊断目标为可更换元件。战时则实行靠前修理，以保证使用为目标。
根据上述特征，认为空空导弹测试设备故障诊断系统应建立两级诊断仪器：
（1）系统级故障诊断仪器。其诊断目标是及时发现设备故障运行状态，并将故障定位到可更换插件。系统级故障诊断仪器可由BIT实现。
（2）插件级故障诊断仪器。其目标是对更换下的故障插件进一步定位到可更换元件。一般可称为插件故障诊断仪。
因此，空空导弹测试设备的故障诊断仪器由系统级和插件级故障诊断仪器一起，形成两级仪器设备体系。

3  系统级故障诊断仪器
系统级故障诊断仪器与测试设备同时运行，它应及时反映测试设备工况。其重要设计技术就是机内测试（BIT）技术。
BIT技术是复杂武器装备整体设计、分系统设计、状态监测、故障诊断、维修决策等方面的关键共性技术。它具有提高故障诊断的精确性、显著地缩短维修时间、降低维修成本和对维修人员的技能要求等优点。
BIT的关键是测试点的选择。选择的基本原则是测试点要能保证使BIT故障检测率和隔离率最佳。一般包括三类测试点：无源、有源、无源和有源测试点[1]。
对不同寿命阶段的装备，采用不同的策略进行系统级诊断仪器开发：
（1）对新设计装备，在设计阶段，BIT系统与测试系统一起进行设计，提高设备固有的状态监测与故障诊断能力。
（2）对已服役装备，可结合装备大修进行系统改装，提高状态监测与故障诊断能力。改装应在充分论证和实践的基础上进行。
针对某型号空空导弹测试设备的自检功能不足、缺乏状态监测的情况，文献[2][3]设计了一套状态监测与故障诊断系统，其结构如图2所示，它属于系统级故障诊断仪器。

4  插件级故障诊断仪器
插件即印刷电路板（PCB），一般由模拟和数字电路组成，对它的故障诊断是一个混合诊断问题。用于插件故障诊断的测试仪器可分为两种类型：基于元件测试的诊断仪器和基于板级I/O测试的诊断仪器。
基于元件测试的诊断仪器，又叫在线测试仪。它主要采用了后驱动等相关技术，能在电路板不工作的情况下，直接测试电路板上的元器件，判断其好坏、功能和型号，从而能够方便、快捷地对各种复杂电路进行器件一级的维修[4]。后驱动技术又称为“强驱动”、“反驱动”或“过驱动”技术，它的主要设计思想是用瞬态大信号隔离其它器件对被测器件的影响，达到给被测器件施加测试码的目的。在线测试仪功能较理想，但也存在价格较昂贵、操作相对复杂，后驱动可能造成元件的损伤等不足，比较适合基地维修使用。
基于板级I/O测试的诊断仪器，在计算机的控制下，按照测试程序集（TPS）的要求，对电路插件端口施加激励，测取相应的响应，与TPS结果进行比较，从而完成故障的检测和定位。空空导弹测试设备的插件一般具有统一的接口，插件可通过统一的适配器与诊断仪器连接。由于大部分操作在计算机的控制下自动进行，因而使用起来非常简单，适合进行现场排故。
用TPS对电路板进行自动测试，是目前国际上较为先进的手段。但TPS的开发是一项需要耗费大量人力物力的工作。为降低TPS开发难度，提高开发效率，现在应用软件仿真工具开发测试程序已成为TPS开发的主流技术。如用于数字电路测试开发和逻辑分析的仿真软件LASAR（逻辑自动激励与响应）[5]。此外，常用的EDA软件如Protel、OrCAD等也具备电路仿真的功能，可用于辅助进行TPS的开发。
在具体设计时，要注意综合运用先进技术，使诊断仪器硬件平台向标准化、通用化的方向发展，测试软件工程化，统一测试软件平台[6]。
文献[7]提出了一种基于板级I/O测试的空空导弹测试仪插件故障诊断仪的设计。总体方案如图1所示。

             图1  插件故障诊断仪总体框图

该诊断仪采用上下位机的结构体系，具有控制灵活、简单易行、成本低廉等优点。

5  智能诊断
目前，用于系统故障诊断的方法可分为两类：完全基于检测数据处理的传统诊断方法和基于知识处理的智能诊断方法[8]。智能诊断是传统诊断方法的发展。它以知识处理技术为基础，在知识的层次上，实现辨证逻辑与数理逻辑的集成、符号处理与数值处理的统一、推理过程与算法过程的统一、知识库与数据库是交互等[9]。
诊断型专家系统是智能诊断应用最早、最成熟的智能诊断方法。专家系统一般由知识库、推理机、综合数据库、解释程序、知识获取程序和人机接口等组成。文献[2][3]提出了一种空空导弹测试仪故障诊断专家系统的结构，如图2所示。

          图2   一种故障诊断专家系统结构图

献[10]对一种基于产生式规则的空空导弹测试设备故障诊断知识库的建立和维护进行了详细阐述，文献[11]对建立某型导弹检测设备故障诊断专家系统进行了有益探讨。
要提高诊断仪器的故障诊断能力，在诊断仪器中应用智能诊断理论和方法是必由之路。智能诊断的理论和方法都还在不断的发展和完善之中，将它应用于空空导弹测试设备故障诊断中，也还有很长的路要走。

6  总结与展望
本文结合具体型号，介绍了空空导弹测试设备故障诊断仪器体系结构的建立和设计实践。在空空导弹测试设备故障诊断中，采用系统级和插件级故障诊断仪器是一种合理的仪器设备体系。
要最终解决空空导弹测试设备故障诊断问题，还有很多工作要做。今后，要注意以下几点：
（1）从诊断系统设计过程看，在装备设计阶段要进行装备的测试性设计，提高装备的可测试性；在装备使用阶段，要进行诊断系统的再设计，进一步提高诊断能力。
（2）从诊断理论和方法上看，要综合运用基于数据的诊断和基于知识的诊断。
（3）从诊断技术上看，要注意运用现代信息技术的成果，实现远程、网络化的诊断。