劉逸涵 王曉勇 蘇鵬濤 中國航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所

1 引言

隨著現(xiàn)代航空機(jī)載電子設(shè)備的技術(shù)含量和復(fù)雜化程度的日漸提高，機(jī)載電子設(shè)備的維修難度和故障率逐漸增大，從而增加了設(shè)備維修和保障的成本，嚴(yán)重制約了機(jī)載電子設(shè)備的發(fā)展和進(jìn)步。為使以上問題得以解決，機(jī)載電子設(shè)備廣泛采用機(jī)內(nèi)自測試(built-in test,BIT)技術(shù)，機(jī)內(nèi)自測試技術(shù)可以自動(dòng)檢測、診斷和隔離電子設(shè)備內(nèi)部的故障，使得電子設(shè)備中的故障診斷效率和準(zhǔn)確性大大提高，從而有效地減少了維修時(shí)間，降低了維修和保障費(fèi)用。

在航空領(lǐng)域和武器裝備中，BIT技術(shù)已獲得了廣泛且成熟的應(yīng)用。通過測試性試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)哪些故障被漏檢，哪些故障檢測的方式不對、BIT虛警等BIT設(shè)計(jì)的缺陷，然后提出改進(jìn)措施，這對提高機(jī)載機(jī)電設(shè)備BIT設(shè)計(jì)能力有著重要的推動(dòng)作用。

2 機(jī)電設(shè)備常用BIT設(shè)計(jì)方法

為提高BIT檢測的正確性和完整性，除了在機(jī)電設(shè)備BIT設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置必要的測試點(diǎn)外還需要根據(jù)機(jī)電設(shè)備電路本身的特點(diǎn)設(shè)置專用的BIT電路，目前機(jī)電設(shè)備常用的BIT硬件電路設(shè)計(jì)方法主要包括：激勵(lì)檢測、回繞檢測、有源器件檢測等。

1）激勵(lì)檢測

通過軟件設(shè)計(jì)切換開關(guān)來提供功能電路的激勵(lì)信號，以實(shí)現(xiàn)對功能電路的激勵(lì)檢測，激勵(lì)檢測的過程一般是“激勵(lì)—讀入—判斷”。

2）回繞檢測

利用電路本身的輸入輸出回路資源進(jìn)行檢測的方法被稱為回繞檢測，它是一種機(jī)內(nèi)自測試的有效方法，該方法可以在不增加硬件資源的條件下，有效地提升檢測覆蓋率。

3）有源器件檢測

有源器件檢測是對數(shù)字計(jì)算機(jī)中一些關(guān)鍵的模塊利用計(jì)算機(jī)本身的特點(diǎn)進(jìn)行測試，它包括定時(shí)器、看門狗、ROM、RAM、中斷控制器、交叉通道數(shù)據(jù)鏈路等重要功能模塊的測試。

3 基于模型的BIT虛警識別算法

有效識別BIT虛警是解決BIT虛警問題的關(guān)鍵，本文擬在測試性建模的基礎(chǔ)上，基于建模工具輸出的依賴矩陣（B矩陣），提出一種在系統(tǒng)級進(jìn)行BIT虛警識別的算法，算法原理如下：

通過構(gòu)建系統(tǒng)的信號流模型可以輸出測試與各元件（故障模式）之間關(guān)系的依賴矩陣（B矩陣）。B矩陣定義的測試和元件滿足以下條件：若某測試通過，則與其相關(guān)的所有元件都正常；某測試不通過，則與其相關(guān)的元件中必然存在某個(gè)元件故障。

基于測試與元件之間的依賴關(guān)系定義，可以識別單個(gè)測試與其他測試之間是否存在“互斥”或彼此形成“互證”。

互斥：若某“故障指示（不通過測試）”所有相關(guān)元件都包含在某“通過測試”的相關(guān)元件中，則這兩個(gè)測試互斥，該故障指示為疑似二類虛警。

互證：若某“故障指示”所有相關(guān)元件都包含在另一個(gè)“故障指示”的相關(guān)元件中，則這兩個(gè)測試互相形成佐證，該故障指示得到確認(rèn)。

通過系統(tǒng)測試集中所有測試之間的關(guān)系（互斥或互證），可以有效識別系統(tǒng)所有故障指示中潛在的虛警。算法的基本流程如下：

step1 測試結(jié)果分組。將系統(tǒng)內(nèi)BIT測試項(xiàng)的測試結(jié)果按照通過/不通過進(jìn)行分組，假設(shè)TA為所有通過測試的測試集，TB為所有未通過測試的測試集，定義TA、TB如下：

Step2 找出TB中疑似虛警的測試。首先，由測試集TA和B矩陣得到系統(tǒng)中所有正常元件的集合，定義為。式中：Ci為測試集TA中測試ti相關(guān)的元件集合。依次分析TB中每個(gè)測試，若Cj∈CN，則tj為疑似虛警的測試。其中，Cj為測試集TB中測試tj相關(guān)的元件集合。找出TB中所有疑似虛警的測試，定義疑似虛警的測試集合 TF=（t1,t2,…,tk,…,tg）。

Step3 虛警確認(rèn)。若TF不為空，則將TF中每個(gè)測試依次與TA中所有測試進(jìn)行對比，得出TF中測試tk與TA中所有測試相悖的次數(shù)，記為xk，有xk＞=1。若xk＞1，根據(jù)極大似然法則，確認(rèn)測試tk為二類虛警。

Step4 故障確認(rèn)。將TF中未經(jīng)虛警確認(rèn)的測試依次與TB中所有測試進(jìn)行對比，得出TF中未經(jīng)虛警確認(rèn)的測試tk與TB中所有測試相互佐證的次數(shù)，記為yk。若yk＞=1，則根據(jù)極大似然法則，確認(rèn)測試tk的結(jié)果為真，并將測試tk從TF中剔除。

Step5 基于先驗(yàn)信息的疑似虛警處理。若經(jīng)過Step3-4仍有未得到確認(rèn)的虛警，則該情況必然是測試通過與測試未通過兩個(gè)測試之間存在矛盾，此時(shí)需要基于相關(guān)部件的可靠性信息和測試置信度等先驗(yàn)信息進(jìn)行綜合判斷。

以某機(jī)電系統(tǒng)的超短波頻段功能為例，采用基于信號流模型的方法對超短波頻段功能和模塊進(jìn)行測試性建模，首先，采用基于模型的虛警識別算法分析模塊可能上報(bào)的二類虛警。然后由測試分組得到通過測試集TA=（t2,t3,t4,t7,t10），未通過測試集TB=（t1,t5,t6,t8,t9）。接著由公式得到疑似虛警的測試集合TF（t1,t5,t6）。之后由虛警確認(rèn)得到測試t1與測試t2,t3,t4,t7相悖，x1=4，由公式判定測試t1為二類虛警。由故障確認(rèn)得出測試t5,t6分別與測試t8,t9相互佐證，且y5=3，y6=2，判定測試t5,t6的結(jié)果為真，測試t7為漏檢。至此，虛警識別算法流程執(zhí)行完畢，得出測試t1為二類虛警，測試t7為漏檢，修正測試結(jié)果集Tend=[0000111110]。最后以Tend為輸入，采用基于B矩陣的推理診斷方法消除關(guān)聯(lián)故障帶來的級聯(lián)虛警，得到真實(shí)的故障原因?yàn)樘炀€接口模塊故障，測試t6,t8,t9為關(guān)聯(lián)故障。

4 結(jié)論

本文針對BIT技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢指出了當(dāng)前機(jī)載設(shè)備在BIT測試性技術(shù)方面存在的問題，接下來介紹了幾種機(jī)電系統(tǒng)常用的BIT測試方法，最后提出了一種針對特定系統(tǒng)的信號流模型以及基于模型的BIT虛警識別算法。經(jīng)案例驗(yàn)證，本文提出的BIT虛警識別算法可以在型號工作中進(jìn)行測試性建模，具備良好的工程適用性。