航空综合通信导航识别设备测试性设计与应用 郭强【摘要】 针对航空机载电子设备对测试性要求的不断提高，本文以机载综合通信导航识别设备为例给出了一种测试性总体设计方案依据测试性准则，搭建了一种新型的测试性总体架构，提出了机内测试技术和检测技术相结合的测试思想，并阐述了这两种技术的设计实现方法，经工程应用验证了该方案的可行性和有效性关键词】 测试性预计 机内测试 检测 通信导航识别设备Testability design and application of ICNI equipment（CETC10， ChengDu 610036）Abstract： In view of the increasing requirements of airborne electronic equipment for testability， this paper takes integrated communication navigation identification （ICNI） equipment as an example to give a testability overall design scheme. According to the testability criterion， a new overall testability architecture was built， and the idea of combining the built-in test technology with the online test technology was put forward， and the design and implementation methods of the two technologies were described. The feasibility and effectiveness of the scheme were verified by the engineering application.Key words： testability prediction; built in test; online test; integrated CNI引言：随着航空技术的高速发展，对机载电子设备的机内测试（Built In Test，简称BIT）能力和地面检测系统提出了更高的要求。
飞行过程中，由于故障无法立即修复，要求增强设备自主故障诊断、切换和故障隔离能力，以保证系统的任务可靠性对于地面综合检测过程中，要求能够全面的覆盖故障，并且能快速、准确、及时地诊断系统状态为实现上述要求，就必须在航空机载电子设备设计之初同步开展测试性设计工作，对于提高设备测试性和诊断技术水平，满足系统的任务可靠性和安全性具有重要意义本文以机载综合通信导航识别（Integrated Communication Navigation Identification，简称ICNI）设备为例，根据综合化设备技术特点，提出了一种实际可行的测试性设计方法一、测试性要求1.1 设备架构ICNI设备作为飞机航电系统的重要组成部分，担负着空-地、空-空间话音及数据通信，无线电导航，进场着陆，敌我识别及交通管制等任务ICNI设备由模块化、通用化的射频信道处理资源、信号处理资源、综合处理资源等硬件模块和软件模块组成，通过交换矩阵实现路由，在系统内部总线的控制管理下，可同时支持多个硬件线程和软件线程，同时实现多种功能设备总体架构如图 11.2 指标要求ICNI设备采用全新的组织架构大大提高了设备的综合化程度，对系统测试性也提出更高的要求，主要包括定量要求和定性要求两方面。
定量要求：在航空电子系统测试性设计中，通常采用故障检测率（FDR）、故障隔离率（FIR）和虚警率（FAR）三率指标对测试性提出定量要求，比如：FDR≮92%，FIR≮95%，FAR≯2%定性要求：根据故障模式影响分析（FMECA）综合规划各等级故障的监控方案，确保高等级故障及时告警;应具有机内测试功能，并将故障隔离到现场可更换模块（LRM）;每个故障隔离测试应设计为与其他所有测试相互独立;对于BIT不能检测的故障，采用检测设备的方式进行故障定位二、测试性设计2.1 设计准则系统测试性设计定义为产品能及时准确地确定其状态并隔离其内部故障的一种设计特性ICNI设备测试性设计准则如下：（1）基于产品功能特性设计与测试性设计一体化、测试性与综保设计一体化的基本思想，同步开展测试性设计与功能特性设计;（2）從系统的可实现性出发，按信号在系统中的传输流向合理设置测试点，采用系统综合诊断的方法减少模块测试电路设计难度;（3）充分利用系统固有资源，在不增加或少增加机内测试电路的前提下，完成应有的测试任务;（4）系统设计与外部测试设备接口简单方便，机内测试与外部测试相结合，机内测试为主，外场测试为辅2.2 总体测试架构ICNI设备故障模式主要包括系统功能性故障以及系统性能指标下降两方面。
针对系统功能性故障，外场优先利用BIT系统进行故障检测与隔离，将故障定位到导致功能故障的LRM，对于部分BIT无法完全隔离到单个LRM的故障模式，利用PMA（便携式维护装置）指导维修人员辅助BIT系统开展故障定位针对系统性能指标下降类型的故障，在外场利用检测设备通过无线或有线连接方式，配合维护BIT对ICNI设备的功能定性或定量指标测试开展故障定位隔离到LRM后，内场利用模块综合测试平台对模块的功能及性能指标进行离线检测ICNI设备测试性设计的总体架构如图 2所示2.3机内测试设计现代航空机载电子设备综合化、复杂化程度日渐提高，机载电子设备的故障检测和维修难度增大，从而增加了设备维修和保障成本为解决这种问题，机载电子设备广泛采用机内自测试技术，机内自测试功能可以对电子设备内部的故障进行自动检测、诊断和隔离，大大提高了电子设备中的故障诊断效率和准确性，从而有效地缩短了维修时间，降低了维修和保障费用2.3.1工作模式设计ICNI设备根据不同的运行阶段，设计了四种BIT工作模式：加电BIT、启动BIT、周期BIT和维护BIT加电BIT：加电BIT是ICNI设备每次上电启动时进行，根据系统空中、地面等不同的加电状态，执行不同的加电BIT过程，地面的加电BIT应尽可能地覆盖ICNI设备的资源。
加电BIT运行时，停止系统正常工作流程，不响应任务系统下发的任何控制命令，通过各LRM内部的BIT控制单元获取自检状态信息，并上报至系统BIT控制单元，再经数据分析形成自检与故障报告，可将故障定位到主要的模块周期BIT：周期BIT在设备运行过程中自动按系统、功能、模块等各自不同的任务周期进行，不影响正常任务的执行周期BIT通过预先设置的检测点实时监控系统内实现功能的状态，为系统判断功能工作状态的正常与否提供最初步的依据由于周期BIT受测试覆盖率的影响，其故障诊断和隔离能力较弱，周期BIT的设计更突出其故障的实时探测能力，因此周期BIT也称为实时BIT启动BIT：启动BIT由操作员触发的BIT，分为全系统的启动BIT和以功能为单位的功能启动BIT，在执行启动BIT时相关单元不执行正常的工作任务当收到全系统的启动BIT命令时，将启动模块、功能分别执行启动BIT，并对BIT结果进行初步的综合诊断当收到某个功能的启动BIT时，由于ICNI设备是可重构的，仅在该功能线程当前的资源配置状态下执行对应功能的启动BIT维护BIT：维护BIT是在地面进行系统维护时由操作员启动，系统进入维护模式时，将停止ICNI设备的所有正常工作。
维护BIT可以由操作员终止，转回工作模式在维护模式下结合检测设备对系统的性能指标进行测试，隔离与模块指标相关的故障2.3.2工作层次设计ICNI设备按运行层次分为系统、功能线程、模块三个不同层次，基于模块为基础、功能为手段，系统为准则的设计思路在不同的层次开展相应的测试性设计1）模块BIT：模块为基础是指ICNI设备BIT是以模块状态的检测为基础，针对系统内模块的硬件、软件进行检测，以诊断模块的健康状况测试点设置过程结合模块的FMECA分析及输入输出信号分析开展，选择危害度大、易失效、故障模式关联集中的器件或信号作为BIT设计的测试点，可参考下表进行预置与检测2）功能BIT：功能为手段是指ICNI设备BIT对某一功能故障与否的判断，是通过功能的BIT来确定的当系统构成一个独立的功能线程后，功能BIT对功能线程的主要工作指标进行监测，以功能线程的主要功能、性能是否能满足系统要求作为功能BIT目标围绕功能BIT的目标、结合各功能的特点设立功能的BIT测试点，功能BIT是以功能线程的数字信号处理单元为中心、以功能线程的功能健康状态为监控手段ICNI设备的功能BIT包括小环路自检和大环路自检两种方式。
小环路自检测：数字信号处理中的功能软件在收到系统下发的功能BIT指令后，控制通用接收激励模块进入功能BIT测试模式，同时产生测试信号波形，经激励通道产生激励信号，通过模块内部开关形成自检信号回环至接收通道，进入功能软件进行调制解调，功能软件通过对比发射及接收信号判断小环路通道是否正常大環路自检测：数字信号处理中的功能软件在完成小环路检测后进入大环路检测，控制所有信道模块进入功能BIT测试模式，同时产生测试信号波形，经激励通道产生激励信号，通过射频交换矩阵和通用功放进入天线接口单元，一部分能量通过耦合形成自检信号，通过接收通道进入功能软件进行调制解调，功能软件通过对比发射及接收信号判断大环路通道是否正常3）系统BIT：系统为准则是指ICNI设备内模块的故障由系统BIT综合给出，对模块测试点信息、功能BIT信息、总线监测信息等各种测试、监测信息进行信息融合，根据系统建立的故障判决准则实现故障的综合诊断当系统诊断出故障时，应给出对应的处理策略，包括：降级运行、启动备份、启动冗余通道的重构、以及及时维修等2.3.3防虚警设计BIT判断某个LRM是否故障主要是依据测试点的测试信号偏离正常值的门限判断，由于电气噪声、载机电源波动以及BIT电路自身等因素的影响，可能会存在BIT指示故障但实际被测项目不存在故障的情况。
设计时，需采取如下措施降低故障测试的虚警率：（1）合理确定参数的容差：应综合考虑各种因素的影响，如各部件故障对测量参数的影响、工作环境条件的影响、其它有关设备的影响、性能或寿命下降允许极限等2）统筹考虑各级测试容差：一般从基层级到基地级各级测试，测试容差值应逐渐减小3）信号测试的处理：对易受外界电磁环境影响的检测点，一般采取滤波、延时、多次判断后再报警等方式降低信号测量的虚警2.4检测设计对于BIT不能检测的故障，采用维护BIT结合检测设备的方式进行测试，测试的方法主要采用有线或无线方式，检测设备产生标准激励波形，通过闭环自检的方法对被测设备重要指标进行测试并隔离到模块，ICNI设备检测设备工作原理如图 4所示接收通道测试：检测设备通过维护接口控制被测设备进入测试模式，再通过内部的功能测试模拟器产生测试信号，通过天线接口单元发送给被测设备，被测设备将接收到的测试信号处理后通过测试接口送回检测设备，由检测设备根据预先设定的判据来判断被测设备接收通道的健康状态发射通道测试：检测设备通过维护接口控制被测设备进入测试模式，再控制被测设备产生标准的测试信号并通过发射通道发送给检测设备进行信号处理，由检测设备根据预先设定的判据来判断被测设备发射通道的健康状态。
ICNI设备在天线接口单元及射频交换矩阵模块上均设。