机载有源相控阵雷达的BIT设计

机载有源相控阵雷达的BIT设计

第一作者张义超，第二作者陈媛

江苏金陵机械制造总厂 江苏省南京市 210000

摘要：随着科技进步，全球各个国家战斗机研制发展迅猛，作为战机航电系统中负责目标探测与信息感知的重要子系统，机载有源相控阵雷达相关技术已日趋成熟，性能也逐步提升。经过近几年的技术迭代，功能方面和集成度方面，都较以往提升明显。有源相控阵雷达较以往机械扫描雷达，系统组成相对简洁，一般主要由天线阵面、处理单元、电源单元三大部分组成。但各个单元集成度较高，内部模块功能也较为综合，这就要求使用及维护过程中，雷达机内自检测(BIT)要相对完善、准确、可靠，能为用户提供有力的判断故障及排查问题指引。

关键词：有源相控阵雷达；BIT

从产品全寿命周期出发，针对后期使用及维护，雷达机内自检测显得尤为重要。实现增强型系统机内测试(BIT)设计已成为测试性设计中的一项关键技术要求。自动机内测试(BIT,build In test)是提升保障性和维修性的重要手段，在机载有源相控阵雷达设计中，要求提高BIT能力的趋势与要求设计人员必须考虑BIT并把它与系统组合成一个整体是完全一致的。本篇主要论述在机载有源相控阵雷达系统中自检系统的分类、构成及典型设计。

1 机载有源相控阵雷达故障定义及分类

在自检测系统设计初期，对雷达出现的故障进行定义及分类，设定相应的级别，作为自检测系统的判断依据，同时也便于用户快速识别检测结果，对日常使用及维护提供参考。

(1)从严酷类别定义出发，雷达故障一般可分为以下几项：

灾难的，引起雷达功能完全丧失，空空、空地、导航等功能失效；

致命的，引起雷达功能明显下降，空空主模式性能下降65%以上，其余功能失效；

严重的，引起雷达功能一定的下降，空空主模式性能下降20%以上，雷达跟踪稳定性和准确性下降，某种单一功能或者工作方式失效；

轻度的，对雷达功能无影响或影响很小，可导致非计划的维修，具有冗余功能的模块冗余功能失效或者下降，或单一的辅助导航功能失效。

(2)从故障发生概率出发，雷达故障一般可分为以下几项：

经常发生，高概率，故障模式发生概率为Pm≥1×10-3

发生几次，中等概率，故障模式发生概率为1×10-4≤Pm≤1×10-3

偶然发生，不常发生，故障模式发生概率为1×10-5≤Pm≤1×10-4

很少发生，不大可能发生，故障模式发生概率为1×10-6≤Pm≤1×10-5

2 机载有源相控阵雷达自检测系统分类

机载有源相控阵雷达自检测系统可分为三种方式：加电BIT(PUBIT)、周期BIT(PBIT)和维护BIT(MBIT)，三种自检测模式分别应用于不同情况。

(1)加电BIT，在雷达开机过程中，对雷达各部分进行详细检测，确定雷达是否进入正常工作状态。

加电BIT(PUBIT)流程如下：

a)雷达通电后，进入加电BIT方式；

b)首先进行各模块自主测试和模块间、单元间接口测试，将各组件测试结果汇总，形成雷达自检状态表；

c)再进行系统级测试，通过贯穿自检检测接收通道的状态和雷达功能；

d)根据模块级和系统级的自检结果形成操作员故障清单和维护故障清单；

e)完成后进入待机状态，等待操作员指令。

(2)周期BIT，包括连续周期BIT和实时状态监测两种方式，连续周期BIT是指在雷达工作过程中，对系统设定点进行定期测试和检查，确定雷达整个运行过程的状态，主要进行接收通道零漂和噪声测试、各频点激励源输出测试、BIT信号测试、接收通道幅度检测、接收通道校正，模块工作状态查询等；实时状态监测是指雷达开机后，不论处于何种状态，针对电源、环控、模块温度等的状态监测。

周期BIT(PBIT)流程如下：

a)雷达正常工作过程中，进入周期BIT方式；

b)进行系统级测试，通过贯穿自检检测接收通道的状态；

c)根据自检结果形成飞行员故障清单和维护故障清单。

(3)维护BIT，在雷达工作过程中，对雷达各个部分进行独立控制或联合控制，完成雷达系统各个部分、各种功能的状态和性能测试，主要进行各模块故障状态信息收集和汇总、零漂和噪声测试、各频点激励源输出测试、BIT信号测试、天线接口检测、接收通道检测、接收通道校正等。

维护BIT(MBIT)流程如下：

a)中断雷达正常工作，进入维护BIT方式；

b)进行系统级测试，通过贯穿自检方式检测接收通道的状态；

c)根据自检结果形成飞行员故障清单和维护故障清单。

3 机载有源相控阵雷达自检测系统构成

机载有源相控阵雷达自检测系统，主要包含：组件自检测链路、系统自检测链路、总线自检测链路、阵面监测链路。

3.1 组件自检测链路

组件自检测，各组件内具备自检测电路，配合系统BIT完成模块关键功能、性能参数检测，辅助故障隔离定位到一个或者多个组件。

3.2 系统自检测链路

系统自检测，根据信号流向或控制逻辑，设定专门检测链路，用于检测激励信号上行通道；检测接收下行通道；检测武器链路闭环通道。

3.3 总线自检测链路

CAN总线自检测，用于对雷达处理单元内模块、电源单元内模块健康管理，实时监测工作状态；Rapid IO快速总线自检测，为点对点双向高速通讯总线，处理单元内数据处理模块作为主控方，向其中的受控模块发出版本、状态、故障等查询命令，受控模块按照命令要求以接口控制文件的规定返回相关信息。

3.4 阵面监测链路

阵面监测链路，完成处理单元、电源单元、天线单元整个发射/接收通道的控制、信号链路等性能参数的测试；实现对阵面TR组件及上下行射频通道的状态监测；通过波控指令查询TR组件及波控板的实时状态。

4 机载有源相控阵雷达自检测系统典型设计

4.1 组件自检测

处理单元内频率基准模块，作为处理单元内部关键模块，产生系统所需的基准参考信号，功分隔离放大后输出，同时产生采样、频率源等模块所需的定时参考和基准信号。模块级BIT从供电、总线、时钟等多个方面进行监测判别。

4.2 系统自检测

接收通道BIT，完成雷达下行通道信号检测，数据处理控制系统完成天线通道的BIT测试。

BIT测试：频率源产生天线阵面BIT信号，输出至天线接口模块，通过和、方位差、俯仰差、保护通道输出至处理单元，经过接收采样处理后，送至信号处理进行BIT信号检测、通道幅度和相位校正、频谱分析等，检测结果上报数据处理。

4.3 总线自检测

CAN总线BIT，为了便于控制和隔离，设定了两个独立的CAN总线工作通路：数据处理与处理单元内部分模块的CAN1总线；数据处理与电源单元内模块的CAN2总线。

BIT测试：数据处理作为CAN总线的主控方，向其中的受控模块发出周期性查询命令，在不影响雷达正常工作的前提下，受控模块按照命令要求，通过协议节点返回各自模块的运行状态信息。

5 机载有源相控阵雷达自检测系统测试性验证

完成BIT系统设计后，在满足测试精度和测试范围要求的样机上，进行故障模拟验证，对故障进行检测隔离。根据发生故障的各模块的故障率，结合对模拟故障的测试结果，可得系统故障检测率和隔离率均满足指标要求，并较以往设计有明显改善。

6 结束语

本文讨论了机载有源相控阵雷达系统BIT设计的重要性及其设计原则，提出了典型的BIT设计方案。雷达机内自检测能力对故障的检出率、故障隔离概率、虚警率、检测时间都有直接影响，日趋完善的BIT设计能大幅度提高了雷达的可维护性，实现了"日常维护时雷达检测不需专用设备，故障排查时更换模块或单元后能确保雷达性能"的要求，在实际工程中获得了较好的应用。

参考文献

[1] Anthony C.A design guide for BIT[R].AD/A 069,USA,1979.

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