徐利明，史文森，王瑞臣

(海军潜艇学院， 山东 青岛 266199)

现代战争对武器装备战场快速反应能力提出了更高要求，美、俄等军事强国均十分重视武器在战场上的快速反应能力，不仅对作战人员熟练操作使用武器装备提出了要求，而且对武器装备本身是否具备快速反应能力提出了更高要求[1]。与飞航式导弹相比，弹道导弹具有射程远、速度快、打击范围广、可机动部署发射等优点，成为各军事强国争相发展或拥有的武器系统。但弹道导弹武器装备系统庞大、技术复杂，测试发射过程时间长、操作繁琐等也成为制约弹道导弹武器装备发展的重要因素。

弹道导弹要实现可靠发射、稳定飞行，并将有效载荷——战斗部准确送到打击目标，离不开弹上各系统的协调一致工作；同时，地面测试与发射控制对导弹发射任务的成败同样起着至关重要的作用。地面的测试与发射控制系统，一方面对导弹功能与性能进行全面检测确认，以便提前消除各种技术风险[1-3]；另一方面，其本身也是导弹射前工作的重要组成部分，特别是对于采用三轴惯性平台作为制导工具的弹道导弹，要完成惯性平台调平、方位瞄准、射向装订及诸元参数解算与装订等工作。弹道导弹能否实现快速测试与发射，不仅与导弹系统本身有关，同时与地面测试与发射控制系统、发射装置、发射控制流程及操作人员训练水平密切相关。由此可见，弹道导弹的测试与发射控制系统重要性不言而喻。

1 弹道导弹传统测试与发射控制技术

弹道导弹测试与发射控制系统的作用包含两个方面：一是测试，主要针对导弹控制系统开展一系列的功能性检查测试，确保弹上控制系统各子系统及全系统工作正常；二是发射控制，用于完成与发射相关的一系列工作，如诸元解算与装订、初始方位对准、点火发射、故障情况紧急断电等。传统的弹道导弹测试与发射控制系统主要特点。

1) 发射涉及装设备多

弹道导弹发射涉及发射装置、测试与发射控制系统、诸元解算系统、瞄准系统、通信指挥、电缆网等装设备，系统间连接关系复杂。以水下发射弹道导弹为例，要求可同时进行多发导弹的测试与发射工作，需要多套发射装置同时准备，几十台套设备同时运行，方可完成发射工作。

2) 发射准备工作多

弹道导弹在发射前要完成导弹分系统测试、总检查测试，要完成射击诸元解算装订、方位瞄准等工作。如果是陆基机动发射，还需要提前起竖导弹发射车，同时展开发射控制、指挥通信、方位瞄准等功能车辆；如果是海基发射，则需要准备水下发射时需要的液压、发射动力、装置系统要完成自检、准备及注水均压等工作，然后再开始导弹测试与发射相关的各项工作。准备工作越多，占用时间就越多，虽然有些工作可并行开展，但总体仍不利于快速展开并实施导弹发射。

3) 操作人员多

尽管控制系统自动化水平有较大提高，但仍保留了相当部分的人工操作，而只要有操作就可能会带来误操作风险。例如：测试发控台仍然保留了系统加电、漏电检测、状态切换等人工操作，这就需要配置岗位操作人员，同时也带来了误操作风险。为消除这种风险，增加了双岗、状态检查及指挥协同等工作，进一步耗费了资源、发射准备时间和岗位人员精力。

4) 发射测试方案效率低

以潜射弹道导弹为例，通常包括平时总检查测试与发射时的发射测试工作。总检查测试是对整个导弹系统进行的全面检测，不仅对控制系统各分系统联合工作性能进行检测，同时可对控制系统和其他子系统间的匹配进行检测，从而决定导弹性能，由于是对导弹的定期性能检测，对完成时间不做过多要求。发射测试则是在对导弹控制系统进行必要检测基础上，使导弹具备发射飞行所完成的一系列工作。由于处于作战状态，潜艇要从安全深度上浮到发射深度，增加了暴露风险，因此对发射测试时间有严格要求，这一深度工作时间越短越好。而为了确保控制系统可靠工作，发射测试方案保留了部分子系统功能检测项目，如火工品通路、火工品限流电阻检测等，这无疑增加了暴露深度航行时间，与作战需求不相适应。

2 弹道导弹快速测试发射控制技术

当前，测试发射控制技术或多或少延续以往设计思路，研究对象也主要集中在测试系统自身，未从武器系统整体统筹考虑，为实现快速测试与发射，必须改变设计理念，重新设计规划测试发射控制方案，优化发射流程、提高测试覆盖性、提高自动化程度。

2.1 基于1553B总线的控制系统设计

导弹控制系统设计必须考虑高可靠性、通用化和低成本要求，总线化是提升系统扩展能力、提高信号传输可靠性和实现模块化的有效手段[4]。弹上系统的各单机部件都设计成一个独立的数字化部件，挂接在弹上控制系统总线上，构成一个实时、开放、信息高度共享的全分布式网络控制系统[5-7]。基于总线的控制系统体系结构设计，必然导致地面测试发控体制也随之产生变化，弹地连接关系将大大简化，通过总线可以监测弹上系统的所有信息，真实反映弹上系统全部信息，同时也具备了机内测试与故障诊断技术的应用。

相比于CAN总线、工业以太网、主流现场总线，1553B总线具有通讯速率高、传输可靠、可扩展性好等优势，适用于工作环境恶劣、通讯可靠性要求高的领域，在航空、航天电气系统设计中越来越得到广泛应用[8-10]。1553B数据总线用的是指令/响应型通信协议。它有3种类型的终端，分别为：

1) 总线控制器(BC)，它是在总线上唯一被安排为执行建立和启动数据传输任务的终端。

2) 远程终端(RT)，它是用户子系统到数据总线上的接口，它在BC的控制下提取数据或接受数据。

3) 总线监控器(BM)，它用于“监控”总线上的信息传输，以完成对总线上的数据源进行记录和分析，但其本身不参与总线的通信。

图1为基于1553B总线的弹上控制系统结构框图。

2.2 提高测试覆盖性

测试覆盖是指测试系统覆盖被测试系统的程度，通常设计分系统测试与总检查测试。分系统测试是对系统的全面检测，由于受到测试设备容量以及实时性的限制，这类测试往往是分段、按照顺序串行进行，实时起来比较耗费时间。如果弹上控制系统采用BIT技术及总线技术，则可以结合弹上产品自检测功能，实现连续并行测试，合并部分测试项目，提高测试效率。总检查测试是对飞行过程全面模拟的一种测试，传统的总检查测试是开环测试，对于复杂的导弹飞行控制系统而言，开环状态下的静态参数测试及有限的系统功能性匹配检查，与系统真实状态差距较大，不利于全面准确检查测试控制系统。如果考虑采用闭环测试，则可以进一步提高模拟飞行总检查测试的覆盖性。

图1 基于1553B总线的弹上控制系统结构框图

2.3 优化发射测试方案

发射流程是导弹从加电测试到实施发射过程中，针对导弹设计的测试、状态检查、数据解算、装订、电池激活、转电、直至发射等一系列顺序工作。可以看出，在导弹发射测试方案中，仍然有大量的测试性工作，增加了导弹发射准备时间。考虑到导弹平时的总检查测试已经比较真实细致地考核了导弹控制系统的性能，对于发射流程，可考虑不再对弹上控制系统某些电气设备或分系统进行性能测试，而是直接开展与发射有关的各项工作，可大大节约发射时间。

2.4 简化发射操作

弹上控制系统总线化设计与地面测试发射控制系统一体化设计，使控制系统自动化、智能化水平大大提高，为简化发射控制操作提供了可能。不管是平时的分系统测试、总检查测试，还是发射导弹时的发射测试，除了设备加电操作外，漏电检测、状态转换、数据比对等均可自动完成，减少了岗位操作人员配置。对于潜射型弹道导弹测试与发射控制，可强化中心发控系统设备功能，而将测试控制设置成巡检岗位，最大限度减少人工操作，节约人力资源，同时也可减少人为误操作，确保可靠发射。

3 弹道导弹快速测试发射关键技术

3.1 一体化测试与发射控制技术

弹上控制系统基于1553B总线设计后，导弹在发射前，以地面测控系统计算机为总线控制器完成导弹各项检查测试工作。导弹发射后，则以弹上计算机为总线控制器，作为弹上唯一的控制部件，负责发送命令、组织数据传输、接收状态响应和监测总线系统，弹上其他单机部件，包括惯性测量装置、速率陀螺、配电器、功率放大器、安全控制装置等均作为普通的远程终端挂接在总线上。地面测试与发射控制系统则负责向弹上传输程序、装订数据、发送测试命令及总线监测等。采用小型化、集成化、模块化设计思路，基于虚拟仪器技术，设计界面友好、操作简单的测控设备，实现简化操作、自动数据比对判读、超差提示、故障诊断定位、岗位巡检。强化中心发控系统功能设计，突出对前端测控设备及其他地面分系统设备的管理与控制，利于实现多发导弹同时准备、按序发射。图2所示为地面测试与发射控制系统框图。

图2 地面测试与发射控制系统框图

3.2 机内测试技术

机内测试技术(BIT，Built-in Test)是指系统或单机设备利用其内部设计的自检装置或软件为系统或单机设备提供检测、故障诊断的一种自动测试技术。BIT技术是目前解决复杂系统或设备测试性最有效的途径之一，也是实现弹道导弹快速测试与发射控制的关键技术。工程实践证明，利用弹上设备BIT功能实现弹载设备自检测(数据采集)是可行的，考虑到弹载计算机工作容量，可将数据分析、故障诊断以及是否满足发射条件的决策交由地面测试与发射控制系统来完成。当然，这一技术的应用离不开先进测试总线技术、总线侦听技术、智能故障诊断技术、闭环测试等技术的支撑。

3.3 故障诊断技术

故障诊断技术是弹道导弹测试发射过程中的重要环节，是指利用检查测试方法发现控制系统或设备故障，并且减少故障影响的方法与技术。目前相关研究大致可分为六类：基于阈值的判断机制、基于知识库的专家系统诊断方法、基于模型的故障诊断方法、基于自学习的推理机制、基于信息融合的故障诊断方法、自主诊断技术。对于弹道导弹电气系统发射前测试而言，这些技术往往显得过于复杂，反而不利于快速发射。基于上述几种技术综合设计弹道导弹故障诊断方法，既避免单一方法的局限，又可有针对性地完成电气系统故障快速检测定位，给出综合评估结果。目前比较可信的方法是基于专家系统，采用基于阈值的判别机制、基于规则的推理机制等实现故障诊断；对于采用基于标准总线的地面测试发射控制系统，利用BIT技术、总线侦听技术作为诊断的手段，但总体来说，智能化的故障诊断方法仍然是设计工程师们努力的方向。

3.4 并行测试技术

并行测试是指通过增加单位时间内被测对象数量来提高测试效率，即同时在同一被测对象内部并行测试多个参数，并根据需要自动调度被测对象及被测参数[3]。并行测试技术是将并行处理技术引入自动测试领域后形成的一种先进测试技术，旨在提高测试效率，这一技术也被美国NxTest体系列为下一代关键技术。并行测试技术主要包括两种模式，一是单个被测对象并行测试技术，同时开展这一被测对象内多个相互独立被测参数的测试；二是通过接口开关、交错控制或智能调度等实现多个被测对象的并行测试。对弹道导弹而言，并行测试一方面需要统筹安排测试项目，合并优化测试流程；另一方面，则是对被测系统多个测试参数的并行测试，需要在测试仪器、测试点、测试软件设计方面开展顶层设计。

4 结论

信息技术的快速发展与工程应用，为弹道导弹控制系统设计及其测试与发射控制提供了新的技术选择。基于总线的导弹控制系统设计、提高测试覆盖性、优化发射测试方案、简化发射操作等技术的应用可有效提高导弹发射效率。一体化的弹道导弹测试发射控制技术、机内测试技术、故障诊断技术、并行测试技术的发展与应用则为实现快速测试发射控制提供了技术支撑。