测试证据关联自适应识别BIT虚警的方法与流程

测试证据关联自适应识别bit虚警的方法
技术领域
1.本发明涉及一种利用测试相关性分析来自适应识别复杂电子系统机内测试bit(built-in-test)虚警的方法。


背景技术：

2.随着现代航空电子技术突飞猛进的发展以及航空电子系统功能需求的快速提升，航电系统的设计不断朝着综合化和一体化的方向发展，现代航空电子系统复杂化程度不断扩大，使得检测和维修难度增大，比如测试时间变长、维修保障费用增加等。机内测试(built-in test，bit)系统的虚警率是影响bit正常使用的主要问题之一。机内测试(bit)是指系统或设备内部提供的检测和隔离故障的自动测试能力。系统级bit是指整合系统内bit软硬件资源形成一个完整的bit系统，对提高复杂装备的故障检测、隔离水平具有重要作用。与模块级bit一样，系统级bit也存在虚警过多的问题，系统部件之间及部件内部存在的关联耦合关系往往导致bit虚警；虚警问题阻碍了系统级bit性能的发挥。与电子系统相比,由于机电设备的功能和结构的复杂性使得其测试性问题更复杂,其中的虚警问题更加突出。现代飞行器广泛采用机内测试bit技术,以便对其内部故障进行自动检测、诊断和隔离,但是常规bit面临诊断能力不足和诊断模糊性等问题,导致bit虚警率高,难以有效发挥其应有的作用。为解决这些问题，现代航空电子系统广泛采用机内测试bit技术，以便对其内部故障进行自动检测。但是常规bit面临诊断算法固定、不易修改、判断故障的途径单一、缺乏推理和学习能力，对诊断信息的利用能力也非常有限，因此，在使用过程中表现出的故障检测、隔离能力差、虚警率高，难以有效发挥其应有的作用。由于航空电子系高度综合化带来的功能重构与子系统之间边界模糊使得航电系统故障现象复杂多变，在外场单纯依靠维修人员经验或者测试设备很难将故障准确定位到场可更换模块lrm，必须加强航电系统机内自测试bit的设计，提高其故障检测覆盖的范围与诊断推理的能力。但是，从目前科研试飞与外场使用过程反馈的飞机bit的应用情况以及相关的实验室测试性研制试验结果来看，航电系统的bit还存在一些问题，其中，最突出的是bit虚警率居高不下。虚警是机内测试或其它检测电路指示有故障而实际上不存在故障的现象。事实上，在bit发展过程中，由于恶劣航空机载环境影响，bit系统虚警问题一直是困扰航空系统的重大难题。恶劣外部环境因素(高温、高湿、频繁气压变化等)、振动冲击、不适当激励和干扰(系统潜在通路、电磁干扰、电源波动等)导致bit适应性、鲁棒性差、易发生虚警。bit虚警使得好的可更换单元被拆卸和维修，直接造成无效维修，导致产品的重检合格率上升，造成人力、时间和费用的浪费，在降低可用度的同时增加外场维修保障费用的支出。此外，较高的bit虚警率会显著降低bit结果的可信度，影响外场使用与维修保障人员对于bit的信任，阻碍bit在外场维修保障中发挥应有的作用。bit虚警问题还会严重降低承制单位对于bit设计应用的热情和信心。综合化航电系统自身的复杂性及其二级维修体制的特点(外场隔离到lrm)，决定了其需要故障诊断能力更强的bit来辅助其外场故障检测与隔离，任何以牺牲bit能力为代价来减少bit虚警的做法都是不可取的，只有开展对综合化航电系统bit虚警问题的研究才能保证
bit效能得到正常发挥。
3.虚警的指标通常用虚警数与同一时间内的故障指示总数之比虚警率(far)表示。按照美军标定义，bit虚警可分为2类：(1)检测对象a有故障，而bit指示检测对象b有故障，称为i类虚警或级联虚警(错报)；(2)检测对象无故障，而bit报警，称为ii类虚警(假报)。对于综合模块化航空电子系统，以上两类虚警都可能存在，并由于系统具备复杂性、层次性、相关性和不确定性的故障特征，bit虚警原因更加复杂，解决的技术难度更高。综合化航电系统bit设计采用“分布—集中式”的架构，一般可分为模块bit和系统bit两个层次。bit虚警产生的主要原因在于模块bit电路本身发生故障，或者bit设计存在缺陷，具体包括：1)bit测试项的选择本身不合理。例如，对于射频信号进行机内测试的参数选择不当，某些参数测试本身就比较困难，机内测试精度更是难以达到要求，且容易受环境因素扰动的影响，这种情况下选择其作为bit测试项容易导致虚警；2)bit的测试容差选择不合理。在测试容差确定时，未切实考虑真实系统的各种实际情况以及机内测试的精度，在系统运行时容易出现虚警；3)未采取有效的bit虚警抑制措施。例如，现行1-bit压缩感知硬判决算法在高误码环境下对弱信号重构性能较差,有的bit设计时采用基于硬件实现的固定阀值瞬态判决算法，未进行多次判决或者延时处理，在系统出现间歇故障或者瞬态效应时容易发生虚警，这种现象对于总线接口电路和电源故障检测比较常见。
4.目前，机载设备的综合化发展对安全性与可靠性的要求不断提高,设备在性能提升的同时，系统的复杂度不断提高，子系统间的耦合度不断增加，给复杂电子系统的安全和维护带来了严峻挑战。复杂电子系统的bit防虚警措施主要在模块层次执行，系统级缺乏有效的bit过滤手段和方法。模块级bit防虚警措施和方法主要包括：1)合理选择bit测试项，同时从元器件选取、完善生产工艺等角度提高bit电路设计的可靠性，减少bit电路自身故障带来的虚警，一般要求模块bit电路的可靠性比功能电路的可靠性高一个数量级；2)合理选取测试容差。由于机内测试的局限性，bit的测试精度不可能达到检测仪器的精度水平。此外，还需要考虑使用过程中产品面临的恶劣环境因素影响，如高温、高湿、气压变化、振动冲击、电磁干扰和电源波动等。以上因素在容差设计时必须考虑，避免或减少虚警；3)采取必要的防虚警手段，针对环境干扰造成的瞬态故障或间歇故障，在bit设计时一般采用多次判决或延时判定的方法。以上措施虽然可以起到一定的作用，但复杂电磁环境下复杂电子系统bit虚警过滤措施存在如下的局限性：1)各模块厂家的bit设计水平参差不齐，且缺乏有效的bit防虚警措施验证手段，工程实践中表现出来的bit防虚警措施效果不尽如人意；2)复杂电子系统在飞机复杂电磁环境下的故障表现具有一定的随机性，模块厂家对于故障规律的认知缺乏有效的数据积累，导致bit故障门限设置难以合理，bit虚警不可避免存在。因此，目前这种依赖底层模块过滤bit虚警的方法不可避免的存在一定的局限性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对复杂电磁环境下复杂电子系统bit虚警过滤措施存在的局限
性，提供一种能基于测试之间的相关性，准确识别bit状态，滤除虚警，使被测系统具有更高的故障识别能力的自适应识别复杂电子系统bit虚警的方法。
6.本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种测试性相关性自适应识别bit虚警的方法，其特征在于包括如下步骤：结合航电系统综合化、模块化的架构特点及其复杂性、层次性、相关性和不确定性的故障特征，利用复杂电子系统内部测试证据相关性，分析系统测试集中所有测试证据之间的相关性，识别系统所有故障指示中潜在的虚警或通过测试中潜在的漏检，将复杂电子系统机内测试bit测试项，按照通过/未通过测试结果进行分组，得到通过测试集t
p
、未通过测试集tf；基于测试与元件之间的依赖关系定义正常元件集合，构建疑似虚警识别模块，该模块利用复杂电子系统故障模式与测试之间的相关性以及机内测试bit证据之间的矛盾关系，关联分析识别底层模块上报的bit虚警和确认真实故障，在航电系统层次对底层模块上报的bit虚警进行过滤；疑似虚警识别模块基于d矩阵测试与元件之间的依赖关系；识别单个测试与其它测试之间是否存在“相悖”，若某“未通过”测试所有相关元件都包含在某“通过”测试的相关元件中，则这两个测试相悖，则认为该故障指示为疑似虚警，并作为系统级bit虚警过滤算法软件识别依据；系统级bit虚警过滤算法软件基于故障和测试之间的相关性、测试证据之间相悖的关系和极大似然法制判定虚警，若疑似虚警集合中某个故障指示与2个及以上“通过测试”相悖，则该故障指示判定为虚警；若通过测试集合中某个通过测试与多个故障指示相悖，则该通过测试判定为漏检；根据测试置信度先验信息对剩余疑似虚警进行处理，针对2个测试结果相悖的情况，基于测试置信度进行判定处理：置信度低的测试结果为假，置信度高的测试结果为真，并送入虚警或漏检集合，完成被测系统的故障识别与故障检测。
7.本发明相比于现有技术具有如下有益效果：本发明针对复杂电磁环境下复杂电子系统bit虚警过滤措施存在的局限性，结合航电系统综合化、模块化的架构特点及其复杂性、层次性、相关性和不确定性的故障特征，利用复杂电子系统内部测试证据相关性，通过分析系统测试集中所有测试证据之间的相关性，识别系统所有故障指示中潜在的虚警或通过测试中潜在的漏检，能准确识别bit状态，对提高复杂电子系统在飞机复杂电磁环境下的bit结果的置信度有重要作用。
8.本发明基于测试与元件之间的依赖关系定义正常元件集合，构建疑似虚警识别模块，疑似虚警识别模块利用复杂电子系统故障模式与测试之间的相关性以及内部测试证据之间的矛盾关系，关联分析识别底层模块上报的bit虚警和确认真实故障，在系统层次对底层模块上报的bit虚警进行过滤，滤除虚警，降低bit虚警导致的无效维修成本。
9.本发明从系统级bit虚警的主要诱因——故障传播的角度出发，采用疑似虚警识别模块基于d矩阵测试与元件之间的依赖关系；识别单个测试与其它测试之间是否存在“相悖”，若某故障指示为未通过测试，所有相关元件都包含在某“通过测试”的相关元件中，则这两个测试相悖，则认为该故障指示为疑似虚警；作为系统级bit虚警过滤算法软件识别依据，将降低虚警的问题转化为一个对信息不确定性的影响具有抑制能力，同时对故障保持高灵敏度的优化，提高了故障诊断结果的可信度。
10.本发明针对现行设备或模块级bit故障判决算法在高误码和强干扰环境下对弱信
号判决置信度低，漏检率和虚警率高的问题,采用系统级bit虚警过滤算法软根据极大似然法则，若疑似虚警集合中某个故障指示与2个及以上“通过测试”相悖，则该故障指示判定为虚警；若通过测试集合中某个通过测试与多个故障指示相悖，则该通过测试判定为漏检；基于测试置信度先验信息对剩余疑似虚警进行处理，针对2个测试结果相悖的情况，判定置信度低的测试结果为假，置信度高的测试结果为真，能使被测系统具有更高的故障识别能力，提高系统故障诊断的自适应能力，降低系统的故障检测和隔离时间，从而减小盲目决策造成虚警.提高系统测试性和维修性，弥补模块层次bit虚警过滤措施的不足。
附图说明
11.下面结合附图和实施方式对本发明专利进一步说明；图1是本发明基于测试相关性自适应识别bit虚警的流程图；图2是超短波频段功能线程测试性模型示意图；图3是d矩阵图；下面详细描述本发明实施例，描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
具体实施方式
12.参阅图1。根据本发明，结合航电系统综合化、模块化的架构特点及其复杂性、层次性、相关性和不确定性的故障特征，利用复杂电子系统内部测试证据相关性，分析被系统测试集中所有测试证据之间的相关性，识别系统所有故障指示中潜在的虚警或通过测试中潜在的漏检，将复杂电子系统机内测试bit测试项，按照通过/未通过测试结果进行分组，得到通过测试集t
p
、未通过测试集tf；基于测试与元件之间的依赖关系定义正常元件集合，构建疑似虚警识别模块，该模块利用复杂电子系统故障模式与测试之间的相关性以及机内测试bit证据之间的矛盾关系，关联分析识别底层模块上报的bit虚警和确认真实故障，在航电系统层次对底层模块上报的bit虚警进行过滤；疑似虚警识别模块基于d矩阵测试与元件之间的依赖关系；识别单个测试与其它测试之间是否存在“相悖”，若某“未通过”测试所有相关元件都包含在某“通过”测试的相关元件中，则这两个测试相悖，则认为该故障指示为疑似虚警，并作为系统级bit虚警过滤算法软件识别依据；系统级bit虚警过滤算法软件基于故障和测试之间的相关性、测试证据之间相悖的关系和极大似然法制判定虚警，若疑似虚警集合中某个故障指示与2个及以上“通过测试”相悖，则该故障指示判定为虚警；若通过测试集合中某个通过测试与多个故障指示相悖，则该通过测试判定为漏检；根据测试置信度先验信息对剩余疑似虚警进行处理，针对2个测试结果相悖的情况，基于测试置信度进行判定处理：置信度低的测试结果为假，置信度高的测试结果为真，并送入虚警或漏检集合，完成被测系统的故障识别与故障检测。分析被系统测试集中所有测试证据之间的相关性，识别被系统所有“未通过”测试以及故障指示中潜在的虚警或“通过”测试中潜在的漏检，定义疑似虚警的测试集合ta；按照下述处理流程7个步骤完成被测系统的故障识别与故障检测：
第1步：在测试分组中，将被系统内bit测试项按照测试结果(通过/不通过)进行分组，把所有“通过”测试的集合定义为t
p
：t
p
＝(t1，t2，
…
ti，
…
，tn)，所有“未通过”测试的集合定义为tf：未通过测试集合tf＝(t1,t2,
…
tj,
…
,tm)，且定义的测试和元件满足以下条件：(1)若某测试通过，则与其相关的所有元件都正常，(2)某测试不通过，则与其相关元件中必然存在某个元件故障，其中，ti为“通过”测试，tj为“未通过”测试，n为“通过”测试集合中元素个数，m为“未通过”测试集合中元素个数。
13.由测试与元件之间的依赖关系矩阵(d矩阵)可得测试集t
p
中测试ti相关的元件集合fi，取并集得所有正常元件的集合g：d矩阵可通过测试性建模得到。
14.第3步：遍历tf，找出tf中所有疑似虚警的测试，放入测试集合ta。基于测试与元件之间的依赖关系定义，可以识别单个测试与其他测试之间是否存在“相悖”：若某“故障指示不通过测试，所有相关元件都包含在某“通过测试”的相关元件中，则这两个测试相悖，且认为该故障指示为疑似虚警；再依次分析tf中每个未通过测试tj，由d矩阵可得测试tj相关的元件集合fj，若：则判断tj为疑似虚警的测试，完成tf遍历，找出tf中所有疑似虚警的测试，放入疑似虚警的测试集合ta，令ta＝(t1，t2，
…
,tk，
…
,tg)，g为疑似虚警的测试集合ta中元素个数，若ta为空，判断当前测试结果集合中无虚警测试，流程结束；若ta不为空，则进入第4步。
15.第4步：系统级bit虚警过滤算法软件运用极大似然法则确认虚警，依次将ta中每个测试tk与t
p
中所有测试进行对比，得出ta中测试tk与t
p
中所有测试相悖的次数，记为xk，有xh≥1。若：xh》1，则根据极大似然法则，确认测试th为虚警，否则进入第5步。
16.第5步：运用极大似然法则确认真实故障。若xh＝1，将测试th依次与tf中所有测试进行对比分析，若测试th中所有相关元件都包含在tf中某一个“未通过”测试的相关元件中，则这两个“未通过”测试互相形成佐证，记录测试th与tf中所有测试相互佐证的次数yk，若：yk≥1，则根据极大似然法则，确认测试tk的结果为真，并将测试tk从ta中剔除；否则进入第6步。
17.第6步：系统级bit虚警过滤算法软件利用测试置信度先验信息处理疑似虚警，若经过第4步和第5步仍无法确认测试tk为虚警或真实故障，则该情况必然是两个测试(分别为测试通过与测试未通过)之间相悖，此时需要基于先验信息(测试置信度)进行综合判断，判定依据为：置信度低的测试结果为假，置信度高的测试结果为真。即若测试通过的测试项置信度高，则判断故障指示(测试未通过)为虚警，加入虚警集合；若测试通过的测试项置信度低，则判断故障指示(测试未通过)为真，测试通过结果为漏检，将其加入漏检集合。
18.判断ta中所有测试是否遍历处理完毕，若遍历处理完毕则进入第7步，否则回到第4步。
19.第7步：若记录到t
p
中某测试与ta中2个及以上的测试相悖，则认为该测试为漏检，结束本流程，输出虚警和漏检集合。
20.参阅图2。统级bit虚警过滤算法软件选取超短波频段功能线程进行案例验证，构建超短波频段功能线程测试性模型，其中，超短波频段功能线程测试性模型包括：产生信号源的信号处理模块m1，与信号处理模块m1进行双向通信的中频交换模块m2，连接在中频交换模块m2与射频开关模块m5之间的激励信道模块m3、接收信道模块m4，射频开关模块m5通过功率放大模块m6并联天线接口模块m7。
21.超短波频段功能线程测试性模型采用自发自收的方式进行链路资源测试，通过信号处理模块m1发出测试信号，经中频交换模块m2中频交换送入激励信道模块m3激励信道，顺次通过射频开关模块m5控制射频开关，送入功率放大模块m6放大，送至天线接口模块m7，信号耦合回来后，经射频开关模块m5、接收信道模块m4、中频交换模块m2返回到信号处理模块m1进行解算，对比测试结果与预期是否一致，判定功能是否正常，同时，在各模块输出端设置测试点隔离出现的功能故障。
22.参阅图3。超短波频段功能线程测试性模型融合各种测试性信息，生成信息流模型，将信息流模型转化为d矩阵，根据某一时刻超短波功能线程报故，输出ti＝0表示测试通过，ti＝1表示测试未通过的测试结果集合：t＝[1000110110]。
[0023]
1)由第1步测试分组得到：通过测试集t
p
＝(t2，t3,t4，t7,t
10
)；未通过测试集tf＝(t1,t5，t6，t8，t9)。1)由第2步和第3步得到疑似虚警的测试集合ta＝(t1,t5,t6)；2)由第4步虚警确认得到测试t1与测试t2，t3，t4，t7相悖，x1＝4，判定测试t1为虚警；3)由第5步故障确认得出测试t5,t6分别与测试t8,t9相互佐证，且y5＝3，y6＝2，判定测试t5,t6的结果为真；4)经第4步和第5步，ta中测试均处理完毕，跳过第6步，进入第7步；5)由第7步得到测试t7为漏检；6)至此，虚警识别算法流程执行完毕，输出测试t1为虚警，测试t7为漏检。
[0024]
以上所述的仅是本发明的优选实施例子。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，如调整定位指的形状以适应特殊外形的连接器；或者修改定位件将定位装置安装在设备上，使其作为连接器阵列的固定工具；或者采用柔韧性材料制造定位指，使本装置兼具夹紧作用等，这些变更和改变均应视为属于本发明的保护范围。