基于雷达的测试性设计优化方法应用研究
欧爱辉 1，张昌卫 1，胡 旻 2
(1.中国航空工业集团公司 雷华电子技术研究所 ，江苏 无锡 214063； 2.陆军航空兵驻上海地区军事代表室 ，上海 200241)
摘要 ：基于雷达等电子产品测试性要求的不断提高，对产品进行测试性设计迭代并进行测试性验证，成为对电子产品的普遍要求;由于初始设计有缺陷、覆盖故障模式不全等引起测试性设计不能满足要求，开展闭环测试、脉冲检测、隔离策略优化等测试性改进，最终选择软、硬件改进相平衡的方案，通过回归试验，获得满足指标要求的检测率和隔离率结果，优化方法促进了产品的测试性设计改进和增长。
关键词 ：测试性；测试性验证试验；故障检测率；故障隔离率；测试性优化
0 引言
当前，武器装备系统功能、结构越来越复杂，故障频繁发生，准确检测和定位故障变得较困难，提高测试性水平成为武器装备系统的迫切要求。进行测试性验证试验后，通过对不可检测故障模式的分析，可总结产品测试性设计的缺陷，从而进行针对性的改进和提高，对产品的故障检测乃至后期的维修保障具有重要意义[1]。
本文在某雷达系统测试性验证试验结果基础上，开展了分析和改进。针对检测失败的故障模式，分析了故障发生的机理，及测试点的软、硬件设计改进；针对隔离失败的故障模式应用故障树进行推理，快速隔离到故障单元，通过测试性验证回归试验，获得的检测率和隔离率结果验证了改进的有效性。
我国现阶段在建筑工程招标评标工作中采用的主要是清单计价方法，但是在目前颁布的计价定额以及清单计价规范中均不包括装配式建筑的分项分布工程的特征描述、工程计算以及项目划分等内容。同时，由于装配式建筑是一种新型建筑工艺，开发商在这方面的经验不足，只能将投标方的普遍做法作为标准，造成工程项目在具体实施过程中具有很强的随意性。
1 产品说明及测试性要求
测试性设计一般基于对产品功能层次划分、产品的FMEA/FMECA分析、可靠性预计、故障传递关系等开展，针对主要和关键的功能、性能、输入输出信号等开展检测电路的设计，有些检测电路自身也是功能电路的一部分，有些则需要额外设计检测电路[2]。
1.1 产品的组成及工作原理
一般雷达系统由多个外场可更换单元(LRU)组成，如天线/收发机、处理机等；每个LRU又划分为多个内场可更换单元(SRU)，如天线阵面、波控机、扫描器、发射机、接收机前端、接收频综板、信号处理板、数据处理板、电源板等。每个SRU再按照功能划分功能模块，如天线组件划分为天线阵面、波控机等[3]。分层结构如图1所示，工作原理如图2所示。
图1 雷达系统分层结构图
1.2 产品故障模式影响分析
以天线组件为例，对产品进行元器件级和功能电路级故障模式及影响分析，并将预计获得的元器件故障率信息传递到功能电路级，汇总为功能电路级故障率信息，如表1所示。
表1 天线组件功能电路级故障模式及故障率信息表
图2 雷达系统工作原理图
1.3 产品原有测试性设计
4)基准时钟信号、帧信号检测：一般雷达对基准时钟信号或帧信号的故障不能进行检测，主要是通过上级的航电系统进行雷达是否在线的判断，要对该类故障进行隔离，本文采取了分级检测的方式。首先，利用雷达主控程序所在处理器硬件的内部时钟对采集到的帧信号个数进行计数，满足一定的帧信号个数后，设置一个帧信号正确的标志位K，根据此标志位处理器硬件向视频处理器发送雷达数据包，视频处理器内部时钟对数据包进行计数，收到应有的数据包个数后，则判断帧信号正常，否则认为帧信号故障，可以输出相应的故障字。
1.4 测试性要求及预计结果
本文中对雷达的要求，基层级通过机内自检测(三种BIT)进行故障检测和隔离，故障检测率不小于92%，故障隔离率(到1个LRU)不小于92%。
先期经过测试性建模仿真如图3所示，定量分析结果如图4所示，故障检测率仅达到75%左右，故障隔离率LRU级达到100%，当前的测试性设计不能够满足测试性指标的要求。
2 测试性验证试验结果分析
测试性分析及仿真的结果不能完全代表产品真实的测试性水平，应用故障注入技术开展测试性验证试验能够更真实地模拟使用过程中的实际故障。经过470余个故障样本注入后，计算得到故障检测率仅为56%左右(三种BIT)，隔离率为78%左右(到1个LRU)，均离指标要求较远。
表2 测试信息收集表
图3 建模仿真图
图4 建模仿真分析结果
一般情况下由于设计缺陷或隔离策略不到位等原因产品很难在测试性验证试验首轮就能满足规定的要求，所以需要综合试验结果和产品实际情况，对产品的测试性设计进行优化和改进。需要考虑多方面的因素：
1) 检测覆盖不全，未进行检测的故障。如接收闭塞脉冲故障、本振调制脉冲故障等，因故障率较低原设计未进行检测；又如AD转换错误、闭塞控制异常、通道增益控制异常等故障，不能由自身或临近的模块进行检测，需要通过系统外加激励源才能进行检测；
2) 已设计检测电路，但设计不完善。如检测电路与功能电路不独立，功能电路故障时导致检测电路同时故障。
3)根据故障树建立诊断树，隔离发生故障的模块，提高隔离率[6-7]。
新中国成立后，爷爷奶奶成为地道的贫苦农民，每天早出晚归，参与人民公社集体耕作挣工分，晚上熬夜纺棉花，养活儿女。后来赶上物质极度匮乏的三年自然灾害，家里常常无米下锅，爷爷奶奶想着法子续上一家子的性命，吃野菜、啃树皮，穿衣更是“新老大，旧老二，缝缝补补给老三”，最终挺过粮食关。这段时期，这对银镯子成了家里最值钱的东西。
发生的隔离问题如下：
1)隔离问题的产生基本为前级的故障导致后级产品的故障，需要增加前级的检测点，同时加入逻辑判断，如处理机内的电源模块故障时，除报处理机电源故障外，同时报天线/收发机上的发射机模块电源故障；
2) 另一种为闭环控制电路的故障，只能采取断开反馈环路的方式，另外增加外部激励的方式进行故障的检测和隔离，如扫描器(属天线/收发机)的控制信号由处理机数据处理板产生，当扫描器不转动时不能进行LRU的隔离。
3 测试性优化
经过仔细梳理和分析，对其中的检测问题归类如下：
1)体积、重量受到较严格的限制，不能增加过多的检测电路；
然后，在100目沸石25 g/L、CTMAB絮凝剂用量为25 mg/L、振荡温度为40℃、振荡强度为160 r/min、振荡时间为1 h条件下，将沸石进行分级，选择粒度小于100目的沸石进行吸附实验。将沸石和配置好的CTMAB溶液同时加入上述混凝处理后的废水中，在一定的参数下于旋转式水浴加热振荡器中作用，沉淀后取上清液并测定CODCr，计算其去除率。
2)产品的时序控制需要合理安排，软件加入专门的检测程序后，时序不能打乱原有功能处理的运行时序；
3)一些故障直接导致雷达不能正常启动，不能用常规的检测方法进行故障检测，例如定时电路中的脉冲基准信号、帧信号的检测，需要专门设计流程进行检测。
(6)信号处理软件将故障信息报送给数据处理软件，后者进行BIT信息综合判决后通过总线上报航电系统；
3.1 优化方案
基于以上考虑因素，尽可能减少硬件的修改，主要通过优化软件设计进行改进。
1)增加脉冲信号检测，脉冲信号由信号处理板产生，接入接收频综模块中的数字波形产生模块后，可由FPGA对脉冲信号进行实时检测，判断脉冲信号的有无，通过内部总线发送到数据处理单元，由数据处理软件进行BIT信息综合判决，并上报航电系统[8-9]。
两组患者颈椎曲度测量结果见表4，可见3节段组患者颈椎曲度术后3个月和末次随访时均较术前稍有增加，但差异无统计学意义（P＞0.05）；而5节段组患者颈椎曲度术后3个月和末次随访时均较术前减少，但差异无统计学意义（P＞0.05）；不同时间点3节段组的颈椎曲度均大于5节段组，差异有统计学意义（P＜0.05）。两组患者颈椎活动度术后6个月相比术前有所下降（P＜0.05），颈椎活动度丢失率3节段组为（18.87±4.57）%，5节段组为（17.02±5.39）%，两组间差异有统计学意义（P＞0.05）。
检测时，将输入的脉冲信号送至脉冲计数模块，以100 M时钟分别进行高低电平采样计数，当脉冲低电平持续时间大于200 ms时判决脉冲信号异常。检测流程如图5所示。
图5 接收频综输入脉冲信号检测原理图
2)环路测试改进：一些AD转换错误、闭塞控制异常、通道增益控制异常等故障模式在各模块内部无法进行检测，需要雷达系统内部通过产生特定信号，各模块形成信号环路后才能检测[10-11]。原理如图6所示。
图6 环路测试原理图
测试过程如下：
(1)频综模块中的数字波形产生模块根据数据处理软件指令，延迟产生发射中频信号，经过发射上变频模块上变频后输出射频信号，从而产生一个点目标信号，并从校准信号口输出；
(2)点目标信号经过天线上的校准耦合口进入到接收通道，经过和差器后进入接收机前端，信号经过放大后通过同轴电缆送到处理机内的接收模块；
图像处理和识别作为一种更加直观的途径正越来越多的应用在农业领域里。本文设计了一种基于嵌入式Linux图像采集系统，重点研究了NandFlash模拟USB device实现图像存储的过程。实验证明，本系统提供的高质量且稳定的图像来源能够应用于农业环境中。
(3)在处理机内，下变频模块将信号下变频至中频，并经过接收中频放大模块完成信号放大和二次下变频，其输出的中频信号送给信号处理板中的AD模块，后者完成中频信号采样；
(4)在信号处理板中，数字中频信号经过数字下变频、脉冲压缩处理后，输送给DSP模块进行目标信号处理；
(5)在信号处理软件中，对脉压后的目标信号进行信号幅度检测，并与预设的信号检测门限进行比较，由此判断系统功能连链路是否存在故障；
传文中，齐襄公灭纪国却被称为“贤者”，缘于他替远祖复仇的行为，故孔子予以褒奖，同时，提出了复仇的两条原则：一是由于国君一体，历代相袭，故九世仍可复仇；二是在“上无天子，下无方伯”即天下无道、公义尽丧的情况下，个人可以循着恩痛去复仇。“这种恩痛之情是人类自然的血缘之情，充溢在人的心中不能已，在人类一切价值都毁灭后这种缘恩疾而产生的情感就成了人类唯一的、最后的价值，成了恢复人类公义的最后希望。职是之故，公羊家大复仇说对人类的恩痛之情给予了最高的赞礼，并以之为复仇的最终依据”[8]。
2.2.3 定期膀胱内化疗指导:膀胱腔内化疗是膀胱肿瘤手术后最常用的治疗。表浅膀胱肿瘤术后复发率高达80%,应用膀胱内化疗大致可能减少一半的复发率。膀胱灌注的治疗可使复发癌细胞的级别和期别降低[3]。膀胱灌注常用的方法:用生理盐水40-50ml加丝裂霉素40mg,经导尿管注入空虚的膀胱,15分钟转动体位使药物接触整个膀胱,原病灶部位可以适当延长,共2小时。初始治疗治疗每周一次,共6-8次,以后每月一次,共1-2年[4]。
余甘果又名“油甘”“望果”“余甘子”“牛甘果”等，是大戟科叶下珠属落叶小乔木或灌木。后味甘甜，微酸，具有保肝护肝、抗衰老、健胃消食等功能。它不仅具有很高的营养价值，而且还有药用价值，并被载入《中华人民共和国药典》[1]。余甘果原产于印度、印度尼西亚等国，早在2000多年前我国就有种植，并被广泛认知。余甘果树主要生长在福建南部、广东、广西、云南、台湾等地区，其中福建南部及广西分布较多。余甘果是一种生命力极顽强的植物，其果实可以在常温下放置一个多月仍保持不腐烂[2]。
设置2个判决门限，一个是目标信号幅度门限，一个是目标信噪比门限。目标信号幅度大于预设门限且信噪比大于检测门限认为系统工作正常，否则判决系统功能故障。
3)BIT电路：改进接收频踪模块BIT信息收集电路，原接收频综模块的BIT信息由内部的数字波形产生模块采集，并通过RS422总线报送数据处理板。接收频综模块的RS422通讯原设计以功能处理所需的800 M时钟为基准，但是当800 M时钟信号异常时则RS422通讯异常，接收频综模块的所有故障信息无法上报，即功能电路的故障导致了BIT电路故障。
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针对此问题，接收频综模块RS422通讯，改用模块内部自身晶振时钟，这样就避免因800 M时钟影响BIT信息采集和RS422总线通讯，BIT电路与功能电路隔离开，没有关联影响[12]。改进如图7所示。
图7 接收系统自检原理图及测试点布局
本文中雷达产品在设计时已考虑了的大部分功能和关键指标检测的可行性和有效性，对各模块的故障具有一定的覆盖性。试验前需对产品测试点进行梳理，如表2所示。根据测试性指标对不同维修级别的要求，还需将测试点进行分类：上电BIT、周期BIT、维护BIT或人工检测等[4-5]。根据内部信号交联关系，将故障检测方式的分析结果补充到故障模式信息表中，如上表1最后一列所示。
由表3说明，样本1土壤中没有添加化学修复剂时，其中锌含量最高的是小麦景天，最高值为334.7mg/L，最低的是马铃薯，最低值为299.7mg/L。铅含量最高的是油菜，最高值为77.1mg/L，最低的是狼尾草，最低值为60.6 mg/L。铬含量最高的是巴天酸模，最高值为36.0mg/L，最低的是刺儿菜，最低值为32.3mg/L。铜含量最高的是狼尾草，最高值为29.7mg/L，最低的是刺儿菜，最低值为25.4mg/L。砷含量最高的是油菜，最高值为7.4mg/L，最低的是狼尾草，最低值为5.7mg/L。镉含量最高的是油菜，最高值为0.8mg/L，最低的是狼尾草，最低值为0.5mg/L。
5)隔离问题改进：针对LRU级隔离，因为LRU较少，通过简单改进判断逻辑，从而可以快速隔离到1个LRU，如下步骤：
(1)如果处理机电源报故，则不再判断天线/收发机的任何故障，直接报处理机LRU故障；
(2)如果发射激励报故，则不再判断天线/收发机的任何故障，直接报处理机LRU故障；
(3)如果有信号处理板、数据处理板故障报出，则不再判断天线/收发机的任何故障，直接报处理机LRU故障；
(4)如果处理机接收频踪报故障，则追溯接收前端，如果接收前端同时报故，则不报处理机的故障，仅报天线/收发机故障。
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若要隔离到SRU层级甚至模块级，则需要通过建立故障树，分析诊断隔离策略[14-15]，如接收通路故障树如图8所示，接收和路的诊断隔离流程如图9所示。
图8 接收通路故障树
3.2 回归试验验证结果
改进实施后，开展测试性验证回归试验，对检测和隔离问题的故障样本进行了故障注入补充试验，综合第一轮试验结果后两项指标有了大幅度的提高，检测率达到96%，故障隔离率达到91%，很好地满足了指标要求。
4 试验结果与分析
不论是测试性分析与建模仿真试验，还是测试性故障注入验证试验，均是对产品测试性进行验证评估的手段，它们各有优缺点。测试性建模仿真试验可以在不破坏产品的情况下，快速地给出定性、定量结果，但是建模仿真过程中模型与实际产品的差别较大，不能完全反映产品的软硬件设计情况。测试性注入验证试验对真实产品进行故障注入，能够更贴近产品故障实际，但是试验周期长，且对产品造成一定损伤。对两种试验手段可相互结合、互补充，
图9 接收和路诊断隔离流程图
找出产品测试性设计的薄弱点，进行优化和改进，最终使得产品满足指标要求。
5 结论
复杂电子产品的测试性与后期的维修性和保障性密切相关，测试性设计是否优良直接影响产品的综合性能。本文以某雷达系统为例分析测试性设计的基础条件和要求，并对测试性验证试验后暴露的测试性问题进行了分析和改进，最终回归试验得到了满足指标要求的量化结果及合理可行的诊断序列。结果表明，该测试性设计改进优化方法，能够在对产品进行尽可能少的硬件更改情况下大大提升测试性水平，同时为类似处于设计阶段的复杂电子设备测试性设计提供有用参考。
3) 服务水平.服务水平的高低决定了路径给货主带来的便利程度，也是影响货主选择路径的重要因素[7，14]，其主要取决于路径上各路段的发车(船)密度，节点处的装卸效率、通关便利程度，路径信息化程度等，服务水平等级越高，路径经济性越好，即该项成本价值量越低.
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Application Research of Radar Testability Design Optimization Method
Ou Aihui1, Zhang Changwei1, Hu Min2
(1.AVIC Leihua Electronic Technology Research Institute, Wuxi 214063, China; 2.Shanghai District Department of Army Air Force, Shanghai 200241, China)
Abstract : With the fast development of the testability demands of electronic products based on radars, the design iteration and testability Validation have already become one of the most fundamental requirements for electronic products. Because the initial design is defective and the failure modes are not covered completely, the test design cannot meet the requirements. Some design measures have been adopted，such as closed loop test, pulse detection, isolation strategy optimization etc. Lastly, a proper scheme is raised by taking the costs of software and hardware into account. The famous fault detection rate and fault isolation rate are obtained through the secondly testability Validation Test. The results show that the optimizations promote the design of the product testability and the improvement measures are effective.
Keywords : testability; testability validation test; fault detection rate; fault isolation rate; testability optimization
收稿日期 ：2018-07-19；
修回日期： 2018-08-26。
作者简介 ：欧爱辉(1977-)，女，湖南永兴人，硕士生，高级工程师，主要从事雷达总体技术和测试性分析、验证技术方向的研究。
文章编号 ：1671-4598(2019)02-0110-04 DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2019.02.025
中图分类号： TP391.9
文献标识码： A
标签：测试性论文; 测试性验证试验论文; 故障检测率论文; 故障隔离率论文; 测试性优化论文; 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所论文; 陆军航空兵驻上海地区军事代表室论文;