文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2025）11-134-04中圖分類號：TP391.9

★歐愛軍（中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所，河南洛陽471009）

★李涌泉（國營洛陽丹城無線電廠，河南洛陽471000）

關鍵詞：多信號流圖；故障檢測率；故障隔離率

當前，武器裝備射頻系統故障檢測能力差，結構功能復雜，而研制進度要求很嚴，往往在研制后期才考慮測試性的要求，導致產品改進困難，交付后嚴重影響部隊排故效率，使得后勤保障周期長。因此，早期進行產品測試性設計，并有效提高測試性水平，成為武器裝備射頻系統的迫切要求，也是進行正確的故障診斷和維修保障的前提。

在目前的測試性設計分析中，主要是根據系統的功能原理、建立信號關聯關系模型，進行測試點的初步設計。隨著系統的研制，可以增加較詳細的故障模式信息，形成故障關聯模型，從而為系統的診斷分析和策略形成提供更充分的基礎^[1]。

本文針對某射頻系統，應用TMAS軟件（Testability Modeling and Analysis System，測試性建模與分析軟件）進行了多信號流圖模型的建模和分析、模型改進及測試性優化，并證明了多信號流圖建模方法對于產品測試性建模及評估可行、有效，為射頻系統的測試性設計提供了指導^[2]。

1　多信號流圖模型概念及定義

多信號流圖模型法是一種分層建模方法，是利用分層有向圖表示被測對象的組成單元、測試以及被測對象性能特征之間的相關關系，可方便看出故障傳播途徑及故障模式對其他組成單元的影響。多信號流圖模型是由Somnath Deb等于1994年提出，并由美國Qualtech系統公司（簡稱QSI）引入其測試性工程和維修系統軟件（TEAMS）方案中^[4]。近年來國產測試性仿真工具有了較大的發展，北京航空航天大學可靠性工程研究所開發的TMAS軟件，集測試性建模、測試性分析和診斷推理于一體，涵蓋相關性矩陣、測試性指標、診斷樹等，支持對測試性模型進行測試性分析和報告輸出，并具有快速追蹤信號傳遞路徑、故障與測試關聯關系圖形顯示等特色功能，對設計師開展模型的快速檢查具有很大的幫助。

因為多信號流圖模型的定義^[3]在很多文獻中均有描述，本文基于簡便易用原則，構建了適合射頻系統的多信號流圖模型，定義如下：

（1）根據分析的層次需要，建立層次化有限的系統構成元件集C={C₁，C₂，…C_j…,C_m}，1≤j≤m，C為整個系統，Cj定義為外場可更換單元（LRU）；進一步劃分，Cj={c_j1，c_j2，…，c_jn}，c_jn定義為內場可更換單元（SRU）；進一步劃分模塊和子模塊。

（2）每個元件定義I/O端口信號集，輸入端口V_j={v_j1，v_j2，…，v_jk}，輸出端口V_j，={v_j1，，v_j2，，…，v_jk，}。

（3）建立模型元件的故障模式集：F（c_jm）={M_jm，F_jm，A_jm}，M_jm為對應元件的故障模式，應根據故障模式及影響分析（Failure Modes and Effect Analysis，FMEA）的結果建立；F_jm為故障模式的故障率，A_jm為元件的故障現象，根據觀察到的故障現象建立相應診斷樹，有利于故障的定位。對于射頻系統故障現象的描述不容易準確，一般根據故障代碼判斷，故可不進行故障現象的描述。

（4）建立測試點集：TP={tp₁，tp₂，…，tp_p}；測試點為系統設計的上電BIT測試點、周期BIT測試點、啟動BIT測試點、維護BIT測試點、ATE測試口或人工測試點等，根據建模的方便性，測試點與實際產品的測試點布局會有一定的差異。

（5）建立每個測試點對應的一組測試集：SP（TP）={sp₁，sp₂，…，sp_n}，比如電壓檢測或電流檢測。

（6）有向圖DG={C，TP，E}，其中，有向圖的邊E表示系統的信號流向^[4,5]。

2　測試性模型建立

測試性模型的建立需要對系統的層級結構、功能、輸入輸出信號等做相應的分析和簡化。射頻系統的具體測試性建模步驟如下：

（1）明確系統的分層結構和功能原理

一般射頻系統可由多個外場可更換單元（Line Replaceable Unit，LRU）組成，如天線單元、伺服單元、處理單元等；每個LRU又劃分為多個內場可更換單元（Shop Replaceable Unit，SRU），如天線單元由射頻組件電源、有源相控陣天線、射頻組件組成。每個SRU再按照功能劃分功能模塊，如射頻組件劃分為本振上變頻模塊、接收下變頻模塊和數字下變頻模塊等。系統分層結構如圖1所示。

圖1射頻系統分層結構圖

（2）明確每一級各功能單元的輸入、輸出端口信號，并建立對應的信號流關系

由于射頻內部各組成部分的信號輸入和輸出端口很多，建模時可適當簡化，以能夠表明各部分間的信號流向關系為宜。以射頻組件為例，如表1所示。

表1射頻組件對外接口關系

（3）獲得故障模式及故障率信息

對系統進行故障模式及影響分析，得到較全面的系統故障模式，并通過預計獲得各故障模式的故障率信息。以接收下變頻模塊為例，如表2所示。

表2接收下變頻模塊故障模式及故障率信息表

（4）測試信息收集

模型中測試點的建立依據設計系統時考慮的可行和有效的測試點布局。根據測試性指標對不同維修級別的要求，還需將測試點進行分類：BIT檢測、人工檢測、ATE檢測等。定義每個測試所能檢測的故障模式，每個測試點可設置不同的測試。

（5）建立模型

獲得以上信息后，應用TMAS軟件，建立有向圖，添加測試點和測試，以及故障模式的故障率信息等。

3　測試性模型分析

本文以某射頻系統為例建立測試性模型，并進行分析。根據射頻各組成部分實際信號流向及前述信息建立有向圖，本模型采取4層結構LRU-SRU-功能模塊-故障模式進行建模。根據FMEA分析結果，該模塊有11個故障模式。

第一輪仿真后，經過分析計算，三種BIT總和檢測率及隔離到1個LRU的隔離率結果如表3所示，檢測率和隔離率均與要求差距較大。

表3第一輪仿真分析結果

分析詳細的報告后，我們發現不可檢測的故障模式達到90余個，如表4所示。具有的反饋環路如表5所示。

表4不可檢測故障表

表5反饋環路表

應用TMAS特有的追蹤模式（DFT模式），可快速找到不可測故障模式，并對故障傳輸路徑進行檢查判斷，從而對每一個不可檢測故障模式進行進一步詳細分析。我們進行了兩個方面的改進：一方面，對系統中不能檢測的故障模式進行梳理，通過軟硬件相結合分析，選擇合適的檢測位置增加檢測點，提高檢測率，同時考慮斷開反饋環路，提高故障隔離率，包括對射頻系統綜合處理部分增加電源變換輸出的檢測、增加數字下變頻時鐘輸出的檢測、增加本振上變頻模塊放大調制模塊輸出的檢測等；另一方面，對模型進行修正，如數字變頻模塊在接收下變頻的后級，接收下變頻的故障會影響數字下變頻的處理，能夠被數字下變頻檢測到，應補充完善測試點的“能檢測到的功能”。另外，該射頻系統具有一定的冗余功能，如T/R組件、射頻通道等，其故障率應考慮使用可靠性的因素，故根據實際使用的冗余度對其故障率進行了折算，這樣更接近射頻系統實際設計情況。

對射頻系統故障模式的補充分析及測試點的完善設計后，我們對多信號流圖模型進行了相應補充和完善，并對測試點的布局進行了完善設計。改進后，進行第二輪的分析，結果如表6所示，故障檢測率和隔離率均有了大幅提升，基本滿足測試性指標要求。

表6第二輪改進后分析結果

TMAS軟件還可以給出診斷圖和診斷策略表，通過權衡比較射頻系統中各檢測點實現的時間空間代價，可進一步調整診斷隔離流程[6]。

4　結束語

本文針對射頻系統測試性要求的不斷提高，提出了基于TMAS工具對射頻系統建立多信號流圖模型的應用方法，并對其測試性進行了分析和改進，最終得到了基本滿足指標要求的定量分析報告結果及合理可行的診斷序列。基于TMAS的多信號流圖模型的測試性建模和分析方法，使用簡單便捷，并且能夠在產品設計初期較準確地提供各項測試性相關數據，并給出設計薄弱環節，為產品設計故障診斷隔離算法提供了直接參考。

作者簡介：

歐愛軍（1970-），女，湖南永興人，高級工程師，碩士，現就職于中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所，研究方向為故障診斷、可測試性設計。

參考文獻：

[1]高業文,孫學,陳小康.一種綜合射頻系統SCA軟件平臺的設計與實現[J].電訊技術,2023,63(3):348-356.

[2]李鳴,電子裝備測試性分析關鍵技術研究[J].電光與控制,2011,17(11):49-64.

[3]張灝,周金柱,劉法,等.射頻系統散熱結構非梯度拓撲優化方法[J].電子機械工程,2023,39(3):24-28

[4]DebS,PattipatiKR,ShresthaR.QSI'sintegrateddiagnostictoolset[C].Proc.oftheIEEEAutotestcon,1998:408-421.

[5]DebS,GhoshalS,MathurA,etal.MultisignalModelingforDiagnosis,FMECA,andReliability[A].IEEEAUTOTESTCON[C].1998:3026-3031.

[6]石君友,張鑫,鄒天剛.多信號建模與診斷策略設計技術應用[J].系統工程與電子技術,2011,33(4):811-815.

摘自《自動化博覽》2025年11月刊