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摘 要：在当前的武器系统测试中，虚警已成为比较突出的问题。本文对武器系统测试过程中虚警的危害及形成的原因进行了分析，对防虚警措施进行了研究，结合某型空空导弹研制对导弹防虚警设计技术及其应用进行了深入探讨。
关键词：空空导弹 测试性 虚警 机内测试 外部测试设备
中图分类号：V241.01 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（a）-0239-02
武器装备的日益复杂化和精密化，要求产品在设计阶段就要考虑系统的测试性。机内测试（BIT）技术为设备系统内部提供检测，并且具有自动测试隔离故障的能力，该系统作为改进测试性的一个有效途径在改善系统测试性、提高故障诊断精确性及缩短诊断时间、降低对维修人员技能要求和维修保障成本等方面有重要作用。BIT系统目前影响其进一步发展和应用的一个重要原因是虚警率较高，因此，怎样降低和防止虚警成为BIT技术研究急需解决的关键问题[2]。另外，随着导弹外部测试设备（ETE）自动化程度的提高，在其使用过程中也表现出了明显的虚警问题。本文对空空导弹BIT和ETE虚警产生的原因及降低和防止虚警的理论与技术进行了研究，并对某型空空导弹防虚警设计技术及其应用进行了介绍。
1 虚警的危害及形成原因
1.1 虚警定义
美军标MIL-STD-2165中虚警的定义是指BIT和其他监测电路对不存在故障的产品给出的故障指示；我国军标GJB2547定义虚警为BIT或其他监测电路指示有故障而实际上不存在故障的情况。我们可以通过虚警定义总结出以下两点。
（1）虚警是被指示有故障的地方或者产品实际上不存在故障。
（2）虚警是BIT或其他监测电路给出假故障指示，操作者或维修人员假报的故障不计入虚警之内。
虚警情况进一步分析的话包括错报和假报两种，即：当检测到A有故障的时候，BIT或者其他监测电路指示的却是B有故障，这就是“错报”，也就是Ⅰ类虚警；当均无故障的时候BIT或其他监测电路报警，这就是“假报”，也就是Ⅱ类虚警。
1.2 虚警问题的影响
虚警问题是导致武器系统战备完好性差、使用保障费用高的重要因素，对使用方和生产方都有较大的影响。虚警率高不但直接影响BIT或外部测试设备（ETE）的有效性，而且对武器系统任务完成及系统可用性、维修和备件、生产成本和周期等产生不利影响，具体影响包括以下几点。
（1）对系统和设备可用度产生影响：BIT或ETE虚警率增加，会影响测试的正确率和有效性下降，这样就不能充分利用武器系统中一部分设备的功能，可能会造成武器系统任务成功率的降低。
（2）影响可靠性和维修性：在武器系统工作中，BIT虚警会降低其任务可靠性，如空空导弹发射前BIT出现虚警会导致导弹无法发射，贻误战机；BIT或ETE虚警还使得好的外场可更换单元（LRU）或内场可更换单元（SRU）被拆卸和维修，造成无效的维修活动，浪费人力、时间和费用。
（3）影响维修备件：计划武器系统备件时，一个需要重点考虑的因素就是BIT虚警。BIT虚警估计值和实际值之间相差太大，使得备件数目难以有效确定，可能造成备件浪费或缺少。
（4）失去操作、维修人员信任：如果虚警过多而造成操作或者维修人员的不信任，甚至忽视不管其指示，这样容易产生严重后果。如果飞行中的飞行员没有重视BIT的指示，飞行安全会受到威胁；如果维修人员因为对BIT失去信任而放弃该维修手段，那么BIT改善武器系统维修性和简化维修的作用也就失去了。
（5）影响生产成本和周期：武器系统生产测试中如出现过多的BIT或ETE虚警，则会增加额外的排故和归零等工作，造成生产资源和人力成本的浪费，严重时会导致生产成本和周期的大幅提高。
1.3 虚警产生的原因
导致虚警的原因主要包括以下几个方面。
1.3.1 门限值选择不当
门限值（或测试容差）指被测参数的最大允许偏差量。如果测量值超出此值，说明发生了故障。门限值太宽难以有效检测到故障，太严则易导致虚警；若飞行中BIT门限值与地面维修及中间级（中继级、基地级）维修时门限值不协调，易导致不能复现（CND）和重测合格（RTOK）现象。
1.3.2 故障诊断算法选择不合适
常规故障诊断算法往往是采取基于硬件实现的固定阈值瞬态判决算法，该算法在系统产生间歇故障或瞬态故障时容易出现虚警。另外当故障诊断算法简单、粗糙时，进行信号处理、故障诊断和维修决策等也易导致虚警。
1.3.3 BIT设计上的缺陷
BIT设计人员为简化设计，常需要作一些假设，由于难以完全掌握BIT工作环境和实际工作特性对BIT影响，使得这些假设不一定完全符合实际情况，导致BIT在实际工作中出现虚警。
1.3.4 BIT、ETE工作可靠性不高
虚警率的高低和BIT、ETE的工作可靠性高低也有很大关系。如BIT、ETE自身发生故障（如软故障、硬故障、瞬态故障、间歇故障等），可能导致报告被测系统中出现故障；BIT在非设计的条件下运行，工作特性与原计划相比发生变化，也易导致虚警。
2 常用防虚警技术简介
2.1 优化诊断策略
进行BIT、ETE设计时，重点应从故障检测、诊断和决策这三个方面入手来降低虚警率。比较典型的有以下几点。
（1）确定合理的门限值，主要方法包括：在不同级别测试维修情况下工作时，其门限值要求不同，从基层级、中继级到基地级测试，门限值应逐级减小，避免过多出现CND和RTOK现象；延时加入门限值；采取自适应门限值。
（2）确定合理的故障指示、报警条件，可采用的方法有重复测试法、表决法、延时报警法等。 （3）采用综合决策方法如连续测试、连续监控、大量存储和历史分析策略，对多方面因素进行综合分析，有助于正确、全面的决策，以避免诊断决策简单盲目而导致虚警。
2.2 提高BIT和ETE工作可靠性
提高BIT和ETE工作可靠性，也是减少虚警、提高报警准确度有效方法。相应措施有以下几点。
（1）在某些情况下增加必要的联锁条件，限定BIT在设计条件下工作。
（2）进行BIT自身检验，避免BIT带故障工作。检验的方式有注入系统的故障模式检验BIT、注入激励信号检验BIT、用软件检验BIT硬件（看门狗技术）等。
（3）重叠BIT，使每个单元都有2个以上的BIT测试，实行BIT互相验证测试结果，使得BIT实现测试余度，以提高判断准确性。
（4）对ETE设计完善的BIT，在对产品进行测试前保证本身的可靠性，避免ETE带故障工作。
（5）及时对ETE进行维护及周期性检测标定，系统良好接地，按规定程序进行测试。
2.3 应用智能理论和技术
人工智能技术（专家系统、神经网络、模糊决策等）因具有较好的适应性、健壮性、容错性和自学习性等特点，在故障诊断领域获得成功应用，并展现出巨大实用价值和发展潜力[3，4]。在导弹故障诊断中引进人工智能技术，将其与计算机技术、大规模集成电路技术相结合，可从根本上提高导弹测试诊断能力、解决虚警问题。
3 某型空空导弹导弹防虚警设计技术应用
在某型空空导弹设计过程中，对可能发生虚警的部位和原因进行了分析，并综合应用多种防虚警设计技术，有针对性的制定了相应的防虚警措施，防虚警技术应用情况举例如下。
3.1 确定合理的门限值
弹载热电池电火头电阻较小，测试容易造成偏差。当热电池装配后，需要将各级导线电阻折算进去，以便正确设定门限。
3.2 制定合理的故障指示、报警条件
（1）BIT的采样数据进行了滤波处理，通过多次测试取平均值的方法，尽量降低BIT的虚警率。
（2）成像电路的校正系数需要在上电后读取进行校验，由于数据较多，校验一次可能会存在误码，因此增加至三次以防止误码。
3.3 根据被测对象特点设计测试方法
对某电机进行自检时，电机在初始状态下存在较大的静摩擦力矩，上电后若加上的力矩小于静摩擦力矩，则会被认为是电机故障，实际并不存在。为防止虚警，在自检时加入一个电机抖动的环节，消除因静摩擦力矩造成的虚警。
3.4 提高BIT工作可靠性
控制系统与执行机构采用总线进行通讯，在上电过程中总线上会出现不稳定状态，可能导致自检信号的误判。为了避免该虚警现象，防止无效数据进入，设计协议时增加了头字、校验和等措施，同时控制系统采取了判断串口状态寄存器等手段有效的避免了虚警发生。
3.5 提高ETE工作可靠性
电源线性稳压电路输出纹波测试，受测试手段、仪器性能以及测试环境、线路的影响，容易受到干扰，产生较大纹波，造成虚警。针对这种现象，对测试设备线缆和连接线缆采取了双绞和加屏蔽层的措施，在测试中所有的测试设备都接地，减少了外界干扰，提高了电磁兼容性，减少了虚警现象。
4 结语
某型空空导弹研制过程中，对测试中易导致虚警的因素进行了全面分析，进行了有效的防虚警设计，BIT和ETE测试的虚警率与以往型号相比有明显降低。本文研究并采用的防虚警设计技术对新研导弹的防虚警设计有较高的借鉴意义。
参考文献
[1] 温熙森，徐永成，易晓山，等.智能机内测试理论与应用[M].北京：国防工业出版社，2002.
[2] 杨光.机电产品BIT系统传感层降虚警的理论与技术研究[D].长沙：国防科技大学，2003：1-11.
[3] 温熙森，徐永成，胡茑庆.采用AI理论降低电子设备BIT虚警率[J].测控技术，1998（4）：31-33.
[4] 张宝珍，曾天翔.改善电子系统故障诊断能力的神经网络虚警过滤器技术[J]. 航空标准化与质量，2001（3）：43-47.
关键词：空空导弹 测试性 虚警 机内测试 外部测试设备
中图分类号：V241.01 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（a）-0239-02
武器装备的日益复杂化和精密化，要求产品在设计阶段就要考虑系统的测试性。机内测试（BIT）技术为设备系统内部提供检测，并且具有自动测试隔离故障的能力，该系统作为改进测试性的一个有效途径在改善系统测试性、提高故障诊断精确性及缩短诊断时间、降低对维修人员技能要求和维修保障成本等方面有重要作用。BIT系统目前影响其进一步发展和应用的一个重要原因是虚警率较高，因此，怎样降低和防止虚警成为BIT技术研究急需解决的关键问题[2]。另外，随着导弹外部测试设备（ETE）自动化程度的提高，在其使用过程中也表现出了明显的虚警问题。本文对空空导弹BIT和ETE虚警产生的原因及降低和防止虚警的理论与技术进行了研究，并对某型空空导弹防虚警设计技术及其应用进行了介绍。
1 虚警的危害及形成原因
1.1 虚警定义
美军标MIL-STD-2165中虚警的定义是指BIT和其他监测电路对不存在故障的产品给出的故障指示；我国军标GJB2547定义虚警为BIT或其他监测电路指示有故障而实际上不存在故障的情况。我们可以通过虚警定义总结出以下两点。
（1）虚警是被指示有故障的地方或者产品实际上不存在故障。
（2）虚警是BIT或其他监测电路给出假故障指示，操作者或维修人员假报的故障不计入虚警之内。
虚警情况进一步分析的话包括错报和假报两种，即：当检测到A有故障的时候，BIT或者其他监测电路指示的却是B有故障，这就是“错报”，也就是Ⅰ类虚警；当均无故障的时候BIT或其他监测电路报警，这就是“假报”，也就是Ⅱ类虚警。
1.2 虚警问题的影响
虚警问题是导致武器系统战备完好性差、使用保障费用高的重要因素，对使用方和生产方都有较大的影响。虚警率高不但直接影响BIT或外部测试设备（ETE）的有效性，而且对武器系统任务完成及系统可用性、维修和备件、生产成本和周期等产生不利影响，具体影响包括以下几点。
（1）对系统和设备可用度产生影响：BIT或ETE虚警率增加，会影响测试的正确率和有效性下降，这样就不能充分利用武器系统中一部分设备的功能，可能会造成武器系统任务成功率的降低。
（2）影响可靠性和维修性：在武器系统工作中，BIT虚警会降低其任务可靠性，如空空导弹发射前BIT出现虚警会导致导弹无法发射，贻误战机；BIT或ETE虚警还使得好的外场可更换单元（LRU）或内场可更换单元（SRU）被拆卸和维修，造成无效的维修活动，浪费人力、时间和费用。
（3）影响维修备件：计划武器系统备件时，一个需要重点考虑的因素就是BIT虚警。BIT虚警估计值和实际值之间相差太大，使得备件数目难以有效确定，可能造成备件浪费或缺少。
（4）失去操作、维修人员信任：如果虚警过多而造成操作或者维修人员的不信任，甚至忽视不管其指示，这样容易产生严重后果。如果飞行中的飞行员没有重视BIT的指示，飞行安全会受到威胁；如果维修人员因为对BIT失去信任而放弃该维修手段，那么BIT改善武器系统维修性和简化维修的作用也就失去了。
（5）影响生产成本和周期：武器系统生产测试中如出现过多的BIT或ETE虚警，则会增加额外的排故和归零等工作，造成生产资源和人力成本的浪费，严重时会导致生产成本和周期的大幅提高。
1.3 虚警产生的原因
导致虚警的原因主要包括以下几个方面。
1.3.1 门限值选择不当
门限值（或测试容差）指被测参数的最大允许偏差量。如果测量值超出此值，说明发生了故障。门限值太宽难以有效检测到故障，太严则易导致虚警；若飞行中BIT门限值与地面维修及中间级（中继级、基地级）维修时门限值不协调，易导致不能复现（CND）和重测合格（RTOK）现象。
1.3.2 故障诊断算法选择不合适
常规故障诊断算法往往是采取基于硬件实现的固定阈值瞬态判决算法，该算法在系统产生间歇故障或瞬态故障时容易出现虚警。另外当故障诊断算法简单、粗糙时，进行信号处理、故障诊断和维修决策等也易导致虚警。
1.3.3 BIT设计上的缺陷
BIT设计人员为简化设计，常需要作一些假设，由于难以完全掌握BIT工作环境和实际工作特性对BIT影响，使得这些假设不一定完全符合实际情况，导致BIT在实际工作中出现虚警。
1.3.4 BIT、ETE工作可靠性不高
虚警率的高低和BIT、ETE的工作可靠性高低也有很大关系。如BIT、ETE自身发生故障（如软故障、硬故障、瞬态故障、间歇故障等），可能导致报告被测系统中出现故障；BIT在非设计的条件下运行，工作特性与原计划相比发生变化，也易导致虚警。
2 常用防虚警技术简介
2.1 优化诊断策略
进行BIT、ETE设计时，重点应从故障检测、诊断和决策这三个方面入手来降低虚警率。比较典型的有以下几点。
（1）确定合理的门限值，主要方法包括：在不同级别测试维修情况下工作时，其门限值要求不同，从基层级、中继级到基地级测试，门限值应逐级减小，避免过多出现CND和RTOK现象；延时加入门限值；采取自适应门限值。
（2）确定合理的故障指示、报警条件，可采用的方法有重复测试法、表决法、延时报警法等。 （3）采用综合决策方法如连续测试、连续监控、大量存储和历史分析策略，对多方面因素进行综合分析，有助于正确、全面的决策，以避免诊断决策简单盲目而导致虚警。
2.2 提高BIT和ETE工作可靠性
提高BIT和ETE工作可靠性，也是减少虚警、提高报警准确度有效方法。相应措施有以下几点。
（1）在某些情况下增加必要的联锁条件，限定BIT在设计条件下工作。
（2）进行BIT自身检验，避免BIT带故障工作。检验的方式有注入系统的故障模式检验BIT、注入激励信号检验BIT、用软件检验BIT硬件（看门狗技术）等。
（3）重叠BIT，使每个单元都有2个以上的BIT测试，实行BIT互相验证测试结果，使得BIT实现测试余度，以提高判断准确性。
（4）对ETE设计完善的BIT，在对产品进行测试前保证本身的可靠性，避免ETE带故障工作。
（5）及时对ETE进行维护及周期性检测标定，系统良好接地，按规定程序进行测试。
2.3 应用智能理论和技术
人工智能技术（专家系统、神经网络、模糊决策等）因具有较好的适应性、健壮性、容错性和自学习性等特点，在故障诊断领域获得成功应用，并展现出巨大实用价值和发展潜力[3，4]。在导弹故障诊断中引进人工智能技术，将其与计算机技术、大规模集成电路技术相结合，可从根本上提高导弹测试诊断能力、解决虚警问题。
3 某型空空导弹导弹防虚警设计技术应用
在某型空空导弹设计过程中，对可能发生虚警的部位和原因进行了分析，并综合应用多种防虚警设计技术，有针对性的制定了相应的防虚警措施，防虚警技术应用情况举例如下。
3.1 确定合理的门限值
弹载热电池电火头电阻较小，测试容易造成偏差。当热电池装配后，需要将各级导线电阻折算进去，以便正确设定门限。
3.2 制定合理的故障指示、报警条件
（1）BIT的采样数据进行了滤波处理，通过多次测试取平均值的方法，尽量降低BIT的虚警率。
（2）成像电路的校正系数需要在上电后读取进行校验，由于数据较多，校验一次可能会存在误码，因此增加至三次以防止误码。
3.3 根据被测对象特点设计测试方法
对某电机进行自检时，电机在初始状态下存在较大的静摩擦力矩，上电后若加上的力矩小于静摩擦力矩，则会被认为是电机故障，实际并不存在。为防止虚警，在自检时加入一个电机抖动的环节，消除因静摩擦力矩造成的虚警。
3.4 提高BIT工作可靠性
控制系统与执行机构采用总线进行通讯，在上电过程中总线上会出现不稳定状态，可能导致自检信号的误判。为了避免该虚警现象，防止无效数据进入，设计协议时增加了头字、校验和等措施，同时控制系统采取了判断串口状态寄存器等手段有效的避免了虚警发生。
3.5 提高ETE工作可靠性
电源线性稳压电路输出纹波测试，受测试手段、仪器性能以及测试环境、线路的影响，容易受到干扰，产生较大纹波，造成虚警。针对这种现象，对测试设备线缆和连接线缆采取了双绞和加屏蔽层的措施，在测试中所有的测试设备都接地，减少了外界干扰，提高了电磁兼容性，减少了虚警现象。
4 结语
某型空空导弹研制过程中，对测试中易导致虚警的因素进行了全面分析，进行了有效的防虚警设计，BIT和ETE测试的虚警率与以往型号相比有明显降低。本文研究并采用的防虚警设计技术对新研导弹的防虚警设计有较高的借鉴意义。
参考文献
[1] 温熙森，徐永成，易晓山，等.智能机内测试理论与应用[M].北京：国防工业出版社，2002.
[2] 杨光.机电产品BIT系统传感层降虚警的理论与技术研究[D].长沙：国防科技大学，2003：1-11.
[3] 温熙森，徐永成，胡茑庆.采用AI理论降低电子设备BIT虚警率[J].测控技术，1998（4）：31-33.
[4] 张宝珍，曾天翔.改善电子系统故障诊断能力的神经网络虚警过滤器技术[J]. 航空标准化与质量，2001（3）：43-47.