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

1 引言

隨著現(xiàn)代航空機載電子設(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，嚴重制約了機載電子設(shè)備的發(fā)展和進步。為使以上問題得以解決，機載電子設(shè)備廣泛采用機內(nèi)自測試(built-in test,BIT)技術(shù)，機內(nèi)自測試技術(shù)可以自動檢測、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確性大大提高，從而有效地減少了維修時間，降低了維修和保障費用。

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)計的缺陷，然后提出改進措施，這對提高機載機電設(shè)備BIT設(shè)計能力有著重要的推動作用。

2 機電設(shè)備常用BIT設(shè)計方法

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

1）激勵檢測

通過軟件設(shè)計切換開關(guān)來提供功能電路的激勵信號，以實現(xiàn)對功能電路的激勵檢測，激勵檢測的過程一般是“激勵—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行檢測的方法被稱為回繞檢測，它是一種機內(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)字計算機中一些關(guān)鍵的模塊利用計算機本身的特點進行測試，它包括定時器、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“故障指示”的相關(guān)元件中，則這兩個測試互相形成佐證，該故障指示得到確認。

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測試項的測試結(jié)果按照通過/不通過進行分組，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。若TF不為空，則將TF中每個測試依次與TA中所有測試進行對比，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，確認測試tk為二類虛警。

Step4 故障確認。將TF中未經(jīng)虛警確認的測試依次與TB中所有測試進行對比，得出TF中未經(jīng)虛警確認的測試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，確認測試tk的結(jié)果為真，并將測試tk從TF中剔除。

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

以某機電系統(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，得到真實的故障原因為天線接口模塊故障，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)狀及趨勢指出了當前機載設(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)案例驗證，本文提出的BIT虛警識別算法可以在型號工作中進行測試性建模，具備良好的工程適用性。