任續(xù)津，徐健，易仲原

(北京電子工程總體研究所，北京 100854)

0 引言

地空導彈武器系統(tǒng)是國土防空作戰(zhàn)中常年擔負戰(zhàn)備值班的武器裝備，部隊使用中要求其隨時處于良好的戰(zhàn)備狀態(tài)[1]。隨著地空導彈更新?lián)Q代，其武器系統(tǒng)日趨復雜[2]。地面裝備在日常訓練和維護中，可使用模擬器進行裝備全過程狀態(tài)檢查，從而保證其狀態(tài)處于良好的戰(zhàn)備狀態(tài)。導彈在技術陣地[3]，通過各種測試設備可以對彈上各設備進行較為全面的檢查，但值班戰(zhàn)備的導彈需長期安裝于發(fā)射架上，溫度等自然條件的劇烈變化[4]、器件的日常性能退化老化等因素有可能對導彈狀態(tài)產(chǎn)生影響，而其作戰(zhàn)效能的高低直接影響到防空作戰(zhàn)的整體效果[5-6]。因此，導彈的在架測試就對裝備戰(zhàn)備狀態(tài)的保證起到重要作用。

1 技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

地空導彈在架測試技術是復雜電子裝備綜合測試技術的應用實例，復雜電子裝備綜合測試技術是實現(xiàn)裝備可靠性、維修性、保障性、測試性和安全性的重要技術手段，是改善裝備測試性和故障診斷能力的重要途徑，在保證裝備戰(zhàn)備完好率、提高維修效率方面發(fā)揮著重要的作用[7]。復雜電子裝備廣泛采用了機內(nèi)自檢技術和自動測試技術。機內(nèi)自檢(built-in test, BIT)是指系統(tǒng)/設備依靠其內(nèi)部專設的一些自檢測電路和自檢測軟件來完成系統(tǒng)/設備自身器件的工作參數(shù)和故障自診斷，然后執(zhí)行故障隔離的一種綜合能力。自動測試技術就是在計算機的統(tǒng)一控制下自動完成對被測對象的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理以及測試結果輸出的整個測試過程的技術[8]。實現(xiàn)某種自動測試任務的設備稱為自動測試設備(automatic test equipment, ATE)。從20世紀80年代開始，美軍就開始重視BIT技術的研究，著手完成了大量理論預研和型號任務工作。美國航空工業(yè)更是是BIT技術的先驅和引領者，把最先進的BIT理論和技術應用到軍用、民用飛機中。F系列戰(zhàn)斗機機電系統(tǒng)和電子設備不同程度地采用了BIT技術，波音公司也將BIT技術廣泛應用到其主流機型中。近年來，我國對于BIT技術越來越重視，越來越多的軍用產(chǎn)品以及民用產(chǎn)品采用了BIT技術，但對于故障診斷和虛警問題還有不少問題有待研究和解決。美軍ATE技術從20世紀70年代開始經(jīng)歷了專用儀器組合、商用儀器和以VXI總線為標志的COTS 3個階段，測試技術從專用化發(fā)展為通用化，再由通用化發(fā)展為標準化。我國的測試設備也從從仿制、手動測試，逐漸發(fā)展為自主研發(fā)、全自動測試。

導彈在架測試，就是指導彈處于安裝在發(fā)射架上的狀態(tài)下，通過測試設備對導彈進行的測試，主要為測試導彈的可發(fā)射性。與此相對，導彈離架測試，就是指導彈不處于安裝在發(fā)射架的狀態(tài)下，在特定地點使用測試設備進行的測試。目前，地空導彈的離架測試技術較為成熟，手段完善，覆蓋全面，但也存在測試體系及手段單一、通用化程度較低、技術創(chuàng)新不足等問題，后續(xù)測試技術要向測試體系、通用測試、虛擬測試、網(wǎng)絡化測試以及基于LXI測試方向發(fā)展[9]。相比而言，在架測試技術還不夠成熟，測試手段和覆蓋性還不夠完善，如何在保證測試安全的情況下，借鑒離架測試技術，盡可能增加覆蓋性，簡化測試設備，仍是需要研究的問題。

2 測試需求與條件

2.1 需求分析

發(fā)射是地空導彈實施攔截作戰(zhàn)的第一步，因此對于激活通路通暢對于地空導彈來說是至關重要的，由于采用大于閾值電流且時間積累足夠的方式進行點火，激活通路阻值若有一定的變化，也可能對點火過程產(chǎn)生影響，因此在進行定性測試的基礎上，定期進行定量測試也是一種必要的需求。

同時，供電回路、信號檢測回路、總線回路等關鍵通路，也需要定期進行定量的測試，通過統(tǒng)計方法可以提前發(fā)現(xiàn)一些短路或斷路的情況。

地空導彈是由包括彈上信息處理等多種設備組成的綜合體，導彈的可靠性是由所有設備的可靠性串聯(lián)而成，任何一個設備異常均會造成飛行失控。因此對彈上各設備的在架加電功能性能測試也成為必要需求。

2.2 在架測試條件限制

位于發(fā)射架上的導彈，是安裝于發(fā)射筒內(nèi)的，并且由鎖定裝置進行緊固鎖定，保證導彈在吊裝、運輸?shù)冗^程中的穩(wěn)定性，因此，由于空間和位置固定的限制，造成導彈在架測試無法覆蓋到需要進行導彈滾轉及舵面動作等相關的測試。由于測試環(huán)境開放且無隔離設施，在工程實現(xiàn)時對安全性要特別進行設計，既保證人員安全，也保證裝備安全。

3 總體設計

戰(zhàn)備狀態(tài)下，導彈安裝于發(fā)射架上，通過電纜與發(fā)控設備相連，電纜中通常包含供電信號、控制信號、檢測信號和通信信號。發(fā)控設備主要完成對導彈進行加電、瞄準裝訂、實施點火和緊急情況處理等任務[10]，在導彈發(fā)射前，發(fā)控設備能夠對發(fā)射相關的基本射前狀態(tài)進行定性的檢查，但在設計過程中，導彈也預留了一些其他可量化的測試參數(shù)和測試接口。為增強導彈在發(fā)射車上能夠實現(xiàn)的測試覆蓋性，可增加一種簡易測試設備，對上架導彈進行更為全面的測試，供使用部隊掌握導彈狀態(tài)。在架測試方案連接關系見圖1。

便攜式測試設備由便攜測試箱、信號轉接器和測試電纜組成。通過信號轉接器，發(fā)控設備和便攜測試箱測試接口1連接筒彈的發(fā)控接口，信號轉接器根據(jù)不同項目將所需信號轉接至相應測試接口。便攜測試箱的測試接口2連接到筒彈上預留的測試接口，兩者配合工作，共同完成測試流程。測試設備進行通用化設計，針對不同型號筒彈，使用不同轉接電纜，可以實現(xiàn)測試設備的通用化。信號轉接器原理示意圖見圖2，在不同測試項目連接不同輸出接口，并通過測試軟件進行項目設置，可以將信號通路自動切換至相應的狀態(tài)，確保連接正確。便攜測試設備設計預留網(wǎng)絡接口，可以供上級設備通過網(wǎng)口對設備進行遠程控制，實現(xiàn)遠程測試，同時也可以通過網(wǎng)絡接口將測試設備接入測試網(wǎng)絡，作為測試體系網(wǎng)絡中的基地級測試終端。

4 測試項目

地空導彈在架測試由機內(nèi)自檢(BIT)和自動測試(ATE)兩大部分組成。機內(nèi)自檢由彈上設備自閉環(huán)檢測，最終將結果下傳至便攜測試設備。自動測試由便攜測試設備提供外部激勵完成測試。根據(jù)需求分析測試項目主要包含激活通路阻值測量、電氣通路測試、加電測試三大項，加電測試中有包含電源檢查、通信檢查和彈上設備功能性能測試。激活通路測量和電氣通路測試是對彈上設備外部線路測試，由于在線路中設計傳感器會增加系統(tǒng)復雜性、降低可靠性，因此該類測試不適于采用BIT技術，只能使用ATE進行測試。電源檢查是對彈上二次電源的輸入輸出進行定量測試，供電由外部設備提供，該項測試既可采用BIT技術也可采用ATE技術，以實際情況來看，目前采用ATE技術進行測試，后續(xù)可根據(jù)二次電源設計改進采用BIT進行測試。通訊檢查同樣可以采用BIT和ATE技術，BIT可以基于通信芯片內(nèi)置的回環(huán)電路實現(xiàn)，也可以在通信線路中增加回環(huán)電路和交叉開關，由于彈上設備通信線路自測試能力各不相同，該項檢查采用ATE進行測試。由于彈上設備已進行了某些功能性能的BIT測試設計，因此可以采用BIT測試，結果下傳至便攜式測試設備的測試方法。

4.1 激活通路阻值測量

激活通路阻值測量是對導彈和發(fā)射筒內(nèi)火工電路的導通電阻和絕緣電阻進行測試，根據(jù)合格范圍確定阻值是否符合要求，該項測試是筒彈測試安全保證的前提。在進行激活通路阻值測量項目時，無需連接發(fā)控設備，測試電纜連接信號轉接器的激活通路測試接口與筒彈的發(fā)控接口，筒彈測試接口空置，同時測試軟件選擇激活通路阻值測量項目，接通激活通路阻值測量通路。

與發(fā)控設備的測試方法的區(qū)別主要是，發(fā)控設備進行定性測試，本測量進行定量阻值的獲取，激活通路阻值測量提供自動和人工2種方式，自動測試可以根據(jù)所選擇測試通路，對彈上各火工品激活通路導通電阻和絕緣電阻進行自動測試，若自動測試的結果不符合值域范圍，可用人工測試進行復驗，提高測試準確性，排除誤判情況。絕緣電阻測試是導彈控制系統(tǒng)測試的重要項目之一，絕緣電阻是反映電路各獨立回路之間絕緣程度的重要指標[11]?；鸸る娐方^緣電阻值很大，測試回路導線內(nèi)阻可以忽略不計，采用二線制測量方法[12]。導彈火工品回路的導通電阻往往很小，與測試回路的導線內(nèi)阻相當，因此采用四線制測量方法[13]，如圖3a)所示，采用精確恒流源給被測電阻R供電，電流為I，理想情況下電壓測量端接在被測電阻兩端且內(nèi)阻極大，根據(jù)并聯(lián)電路分流關系，Iv可以忽略不計，因此

(1)

但是由于不同型號筒彈所能達到的電壓測量點不同，不能保證電壓測量點剛好在要測量的阻值兩端，如圖3b)所示，實際測量的電阻可能會有附加阻值R0，

R0=Ra+Rb.

(2)

為了消除附加阻值的影響，在進行激活通路阻值測量前先進行回路測試，即將a，b兩點短接，如圖3c)所示，測量附加阻值R0，

(3)

接入被測電路后，測得實際回路中阻值，

(4)

因此，被測電阻為

(5)

采用不進行誤差消除和進行誤差消除兩種方法進行測量，得出一組測量值，見表1。

表1 小電阻測量結果對比

進行回路測試消除誤差前后對比見圖4，從圖中可以看出，當被測電阻值越小時，不進行回路測試，其測量值誤差越大。

選取消除誤差后的測量值和真值進行最小二乘法曲線擬合，得到圖5所示的擬合曲線，從圖中可已得到相關系數(shù)R2=0.999 9，表明該設備采用四線制方法進行小電阻測量精度較高。

4.2 電氣通路測試

電氣通路測試是對被測對象電氣系統(tǒng)通路進行檢查，測量各信號和信號回線之間、信號點之間的阻抗情況，通過統(tǒng)計分析的方法，可以確定一些短路或者斷路故障。在進行電氣通路測試時，無需連接發(fā)控設備，測試電纜連接信號轉接器電氣通路測試接口和筒彈的發(fā)控接口，筒彈的測試接口連接便攜測試箱的測試接口2，測試軟件選擇電氣通路測試項目，接通電氣通路測試通路。電氣通路測試內(nèi)容包括供電回路、信號檢測回路、總線回路等阻抗。電氣通路測試同樣提供自動和人工2種方式，自動測試為主，當測試結果超差采用人工方式進行復驗。

4.3 加電測試

為對筒彈進行綜合的測試，需要導彈處于加電狀態(tài)，因此設計了加電測試。加電測試是發(fā)控設備和便攜測試設備協(xié)同完成的測試項目，發(fā)控設備提供彈地通信接口以及導彈供電電源，進行彈地通信及功能性能定性測試，利用發(fā)控設備進行導彈供電也減輕了便攜測試設備的質(zhì)量。便攜測試設備提供彈上通信接口以及檢測信號接口，進行彈上設備通信測試及檢測信號定量測試。進行加電測試時，發(fā)控設備連接至信號轉接器發(fā)控接口，測試電纜連接信號轉接器加電測試接口和筒彈的發(fā)控接口，筒彈的測試接口連接便攜測試箱測試接口2，測試軟件選擇加電測試項目，接通加電測試回路，具體項目包括如下幾部分：

4.3.1 電源檢查

電源檢查分為一次電源檢查和二次電源檢查。

一次電源檢查是在發(fā)控設備本地進行導彈供電后，使用便攜測試箱通過測試電纜采集彈上供電電壓和電流，根據(jù)標準范圍判斷一次電源供電情況。

二次電源檢查是檢查彈上各設備的工作電壓，通過統(tǒng)計量值，采用數(shù)據(jù)演變分析的判讀方法，觀察數(shù)據(jù)的變化情況，進而判斷彈上設備的情況。

4.3.2 通訊檢查

通訊檢查分為彈上通訊檢查及彈地通訊檢查。

彈上通訊檢查主要檢查彈上各設備的通訊功能是否正常，便攜測試箱通過測試接口向彈上各設備(如應答機、導引頭等)發(fā)送測試指令，通過接收應答信息，判定彈上設備的通訊功能是否正常。

彈地通訊檢查主要檢查彈地通訊功能是否正常，發(fā)控設備通過發(fā)控接口向彈上主控設備發(fā)送自檢指令，彈上主控設備完成自檢之后，將自檢結果下傳至發(fā)控設備，發(fā)控設備通過自檢結果判定彈地通訊功能是否正常。

4.3.3 彈上設備功能性能測試

為檢查某一彈上設備的功能性能，使用發(fā)控設備向彈上主控設備發(fā)送測試指令，由其控制彈上某一設備執(zhí)行測試指令的具體動作，其將結果反饋給彈上主控設備，彈上主控設備將執(zhí)行結果下傳至發(fā)控設備，測試人員根據(jù)設定值判斷響應正確性。

慣性測量裝置是導彈等飛行器導航制導的關鍵部件，其精度決定了導彈的命中精度[14-15]，但其初始對準誤差會隨著時間傳播累積[16]，因此需要定期或不定期對其漂移進行測試，以確定慣性測量裝置是否還在正常工作范圍內(nèi)。慣導精度測試是由發(fā)控設備向彈上主控設備發(fā)送測試指令，由彈上主控設備控制完成慣導精度測試，并將結果下傳至發(fā)控設備，根據(jù)結果判定慣性測量裝置的狀態(tài)。

5 測試安全性

作為測試對象的導彈，是具有強烈爆炸危險性的產(chǎn)品。測試項目的選擇，固然有眾多因素需要考慮，但保障測試安全當屬首位[17]?？紤]到筒彈的空間條件限制，為保證安全，引戰(zhàn)系統(tǒng)及與其相關的測試不包括在在架測試范圍內(nèi)。

除了測試項目的選擇，測試設備的安全性設計也具有重要作用。在激活通路阻值測量項目中，從安全性上考慮，根據(jù)實際要求，設備輸出最大電流不超過10 mA[18]，便攜測試箱內(nèi)部的激活通路阻值測量模塊在工作時不能使用外供電，以防止由于電網(wǎng)不穩(wěn)定而引起的瞬時電流過大對設備造成損壞從而引發(fā)事故，因此，在設計中采用內(nèi)部電池供電的方法。所選用鋰電池，內(nèi)部集成保護功能電路，能夠防止電池過充、過放，并能實現(xiàn)短路、斷路保護，從源頭上保障功能電路在測試過程中的安全可靠。同時，電路中有多個器件會對輸出電流起到限制作用，一旦出現(xiàn)器件失效的情況，整個電路的對外輸出將變?yōu)?，從而避免了在故障情況下，輸出超過安全電流10 mA的情況發(fā)生。

為解決電纜連接狀態(tài)錯誤造成安全問題，信號轉接器采用雙重安全控制。除了不同測試項目使用不同接口外，信號轉接器內(nèi)部也會根據(jù)不同測試項目，自動接通相應信號線路的控制開關組件，測試軟件對于不同測試項目進行互斥選擇，因此不同測試項目的控制開關組件不會同時接通，防止彈上火工產(chǎn)品被誤激活，通過人工的測試接口選擇與自動的接口信號通斷控制相結合，為測試提供安全雙保險。同時測試通路采用雙觸點控制，保證線路的可靠性。

便攜測試箱設計有網(wǎng)絡接口，在必要的時候，可以進行設備遠程控制，實現(xiàn)遠程測試，保證了測試人員的安全性。同時該設備可以作為基地級測試設備終端接入測試系統(tǒng)網(wǎng)絡，構成完整的網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)，符合體系化、網(wǎng)絡化測試的發(fā)展要求。

6 本方案特點

本文進行地空導彈在架測試研究所提出的方案，具有以下特點：

(1) 具有較好的經(jīng)濟性。本方案充分考慮到如何利用現(xiàn)有設備資源，進行合理補充，在提高導彈測試覆蓋性的同時，兼顧設備的經(jīng)濟型，重復功能不進行覆蓋，從而提高了設備的經(jīng)濟型，也增強了便捷性。

(2) 具有較高的安全性。由于被測對象的高危險性，本文所提出的方案將安全性設計放在首位，從硬件和軟件層面設計了多重保護，切實保證測試人員的安全性，同時也為遠程測試預留了設計空間。

(3) 具有較強的通用性。本文所提出的方案，在設計之初就考慮到設備的通用性，在進行需求分析的基礎上，將測試項目進行歸化整合，通過轉接測試電纜進行接口適配之后，該方案所設計的測試設備可以覆蓋絕大多數(shù)地空導彈的測試需求。

(4) 符合測試設備體系化、網(wǎng)絡化發(fā)展方向。該設備設計了網(wǎng)絡接口，可以作為基地級測試設備終端接入測試系統(tǒng)網(wǎng)絡，構成完整的網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)。

7 結束語

本文提出了一種地空導彈在架測試方案，并對可以進行的測試項目進行了研究。該方案在有效利用現(xiàn)有設備的基礎上，增加便攜測試設備提高導彈的測試覆蓋性，借用發(fā)控設備的導彈地面電源為導彈供電，降低了便攜測試設備的質(zhì)量與體積，更方便使用，同時從設計角度保證了測試的安全性。該方案提出的在架測試從定性和定量2方面對導彈進行更為全面的檢查，能夠有效保證處于戰(zhàn)備值班狀態(tài)的導彈具有良好的性能狀態(tài)。

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