0 概述
测试是测量与试验的简称。
测量内涵：对被检测对象的物理、化学、工程技术等方面的参量做数值测定工作。
试验内涵：是指在真实情况下或模拟情况下对被研究对象的特性、参数、功能、可靠性、维修性、适应性、保障性、反应能力等进行测量和度量的研究过程。
试验与测量技术是紧密相连，试验离不开测量。在各类试验中，通过测量取得定性定量数值，以确定试验结果。而测量是随着产品试验的阶段而划分的，不同阶段的试验内容或需求则有相对应的测量设备和系统，用以完成试验数值、状态、特性的获取、传输、分析、处理、显示、报警等功能。
产品测试是通过试验和测量过程，对被检测对象的物理、化学、工程技术等方面的参量、特性等做数值测定工作，是取得对试验对象的定性或定量信息的一种基本方法和途径。
测试的基本任务是获取信息。因此，测试技术是信息科学的源头和重要组成部分。
信息是客观事物的时间、空间特性，是无所不在，无时不存的。但是人们为了某些特定的目的，总是从浩如烟海的信息中把需要的部分取得来，以达到观测事物某一本值问题的目的。所需了解的那部分信息以各种技术手段表达出来，提供人们观测和分析，这种对信息的表达形式称之为“信号”，所以信号是某一特定信息的载体。
信息、信号、测试与测试系统之间的关系可以表述为：获取信息是测试的目的，信号是信息的载体，测试是通过测试系统、设备得到被测参数信息的技术手段。
同时，在军事装备及产品全寿命周期内要进行试验测试性设计与评价，并通过研制相应的试验检测设备、试验测试系统（含软、硬件）确保军事装备和产品达到规定动作的要求，以提高军事装备和产品的完好性、任务成功性，减少对维修人力和其它资源要求，降低寿命周期费用，并为管理提供必要的信息。
全寿命过程又称为全寿命周期，是指产品从论证开始到淘汰退役为止的全过程。产品全寿命过程的划分，各国有不同的划分。美国把全寿命过程划分为6个阶段：初步设计、批准、全面研制、生产、使用淘汰（退役）。我国将全寿命周期划分为5个阶段：论证、研制、生产、使用、退役。
这五个阶段都必须采用试验、测量技术，并用试验手段，通过测量设备和测量系统确保研制出高性能、高可靠的产品。因此，测试技术是具有全局性的关键技术。尤其在高新技术领域，测试技术具有极其重要地位。
美军武器装备在试验与评定管理中，对试验与评定的类型分为：研制试验与评定、使用试验与评定、多军种试验与评定、联合试验与评定、实弹试验、核防护和生存性试验等类。
但最主要的和最重要的是研制性试验与评定、使用试验与评定两种。试验与评定是系统研制期间揭示关键性参数问题的一系列技术，这些问题涉及技术问题（研制试验）；效能、实用性和生存性问题（使用试验）；对多个军种产生影响问题（多军种联合试验）；生存性和杀伤率（实弹试验）等。但核心是研制性试验与评定及使用性试验与评定，主要解决军工产品在研制过程中的技术问题和使用的效能、适应性和生存性问题。
研制试验与评定是为验证工程设计和研制过程是否完备而进行的试验与评定，通过研制试验与评定达到减少风险，验证和确定设计并确保产品已做好研制性验收准备。
使用试验与评定的作用是确保武器系统在真实环境下能满足经过确认的用户要求。
使用试验的重点是使用要求、效能和适应用，而不是象研制试验那样证明工程规范。
从发达国家高新技术产业的研究开发费和时间的统计分析，得出产品的测试费用、测试周期占产品研发费用和周期的40%左右，并保持上升趋势。因为，高新技术产品与传统产品的一个重要区别在于：高新科技产品越来越先进，而错误的含量也越来越高。因此，只有通过充分的测试与试验验证，才能有效地降低产品的错误含量，满足使用要求。
因此，发达国家越来越重视试验、测量技术，并相应建立了许多专业实验室和工程技术中心，加大投资力度，赋予重要职责，带动产品的开发。
由于试验技术主要针对产品特定要求而进行。如：产品的研制性和使用性试验与评定技术重要区域是：寿命试验、设计评定／确认试验、设计极限试验、可靠性研制试验、可靠性可用性和维修性综合评估试验、早期使用评估试验、后续使用试验与评定、合格鉴定使用试验与评定等内容。均是针对特定产品在特定试验环境按一定试验方案，采用测量或度量设备、系统进行研究过程。试验技术针对性强，范围广泛。同时由于试验与测量技术紧密相连，一般简称为测试技术，但这里涉及内容主要是测量技术内容。
[pagebreak]
1 测试技术现状及在问题
测试设备、测试系统是军工产品中生产量最大、应用面最广、调试最复杂的一种技术，也是国防工业电子产品批生产量最大、资金耗费最多的一类军工产品，其生产质量好坏、产品技术水平的高低直接关系到武器系统全寿命过程。武器装备中测试发射控制系统、综合诊断系统及武器装备测试维修设备在战争中，对战争胜负在某种程度上起着决定性作用，甚至涉及战时生存问题。因此，各国军方和政府历来给予高度重视，任何一个型号的测试、试验、演示验证经费都占用了型号总经费的60%～70%，而且不经过试验、测试、演示验证阶段，决不转入工程研制。而国内型号、军工产品的测试试验及演示验证工作非常薄弱，投资力度很低，往往因试验、测试工作不充分而导致发射、试验失败，使研制周期加长，经费损失巨大，人力物力造成极大浪费，甚至付出血的代价，造成不可挽回的损失。现在人们通过实践已越来越认识到测试技术的重要性，国内测试技术也已有了很大的发展，现在已基本上采用了标准化、模块化设计体制。已从CAMAC、PC总线、STD总线向VXI、PXI总线发展，从堆叠式测试系统向标准化、模块化测试系统发展，并先后研制出国产化VXI模件、VXI测试系统及PXI系统，使我国测试系统技术水平逐步进入国际先进行列。在航天器、武器系统的单元系统中也设计了自检测功能，但在实用的自动测试系统中，尤其在武器系统的测试中，缺少实用的人工智能测试技术，故障诊断水平低、实用性差、网络化水平低。从测试体制的变革方面，国内尚没有边缘扫描技术和完善的智能内装测试系统。因此，与国外存在比较大的差距，国外20世纪八十年代末，九十年代初即提出了内装测试系统和可测试性概念，随后研制出了设备，并制订出了相应标准。
美国军方为了强化ATS系统管理，于1994年4月成立了DOD ATS执行局。其有两个主要的目标：降低国防部ATS的采购经费和使用维修经费；采用联合军种可互操作的ATS，提高可靠性、可维修性和保障性。
要做到上述要求必需制订ATS系列标准。不是所有标准都适用于所有的情况，必须是数个标准一起工作才能满足应用需求。开放系统的原则应用中一个基本的要点，是选择和规定适合某种环境和需要的标准。体系结构组成部分只有符合标准，才会满足开放系统目标。
ATS开放体系结构是一种信息共享的结构，它支持信息从一个寿命周期阶段到另一个寿命周期阶段，也支持ATS内部各部件之间以及ATS与外界之间的信息传递。可以改善整个武器系统寿命周期中有关测试信息的流程，目的是重新利用信息而不是再生成这些信息。同时也极大地减少了测试程序集换宿主机的费用，从而减少再现性工程费用；也改善了测试系统内功能模件的互操作性和可交换性，而不会损失先前的ATE投资，达到在现有ATS中引入新技术或新能力。美国国防部很明确提出各军种合作规定一种单一的测试环境，而且利用基于商用的新型ATS，各军种联合实施实现这种单一测试环境。并且更进一步制订了国防部“联合体系结构（JTA）”，制订的标准包括：信息处理标准、信息转换标准、信息建模标准、人机接口标准、信息系统安全标准。这些标准适用于C4ISR、作战保障域、武器系统域、建模和仿真域。联合技术结构的主要目标是：为军工产品和国防部军事装备系统提供“无缝的”（seamless）互操作基础，以及确定适用于整个国防系统的服务区域、接口和标准。
而对于故障诊断系统体系结构是发展一种基于信息的、开放式的综合诊断体系结构。该体系结构把来自诊断域的信息和生产、测试域中提供的信息相结合，可为实现任何具体的诊断系统奠定了坚实基础。
美国军方在ATS中使用开放标准，将具有下列好处：建立能满足功能与技术需要，并能促进TPS的软件自动开发、换宿主机能力和可移植的ATS架构；将现有70%的专用硬件减至30%；工程费用降低70%；TPS集成时间和费用缩减50%～70%；通过程序库的重用和改进，不断改善测试质量。
使用工业上成熟的、先进的标准是今后组建测试系统的方向。
为了便于部队在战争中的快速部署和转移，ATE、ATS正型小型、便携、智能化、自诊断、自校准和通用平台系列方向发展。
我国没有统一的测试技术体制和管理体制，也没有需要强制执行的试验、测试标准，采用的总线系统也不相同，系统结构也不一致，带来测试系统的种类繁多和低水平的重复研制。
由于测试系统硬设备选型不统一，测试软件运行环境不统一，选用的测试语言不统一或版本不相同，使系统测试软件不通用，造成调试周期长、部队使用困难。
故障诊断技术水平低、测试时间长，试验期间故障的分析和隔离主要靠专家的经验，缺少故障分析手段。因此，对故障的分析、定位不但时间长，而且定位不准，有时不得不采取重复试验、重复测试的方法，但定位精度低、虚警率高，根本不能满足生产和使用要求。因此，我国测试技术在技术体制和技术标准制订及管理体制的形成均还有很长一段路需要走。
[pagebreak]
2 测试技术发展方向
我国测试技术已经进入标准化设计阶段，而且已采用了工业界先进的计算机I/O总线标准和数字化总线、仪器总线相结合的标准，逐步接近国际先进水平。但如何进一步发展，发展的主要内容是什么，这是摆在从事测试技术的每个工程人员需要认真思索的问题。
任何技术的发展均取决于社会发展的需求。根据安捷伦公司在1996年对检测成本统计：硬件成本6%，检测开发24%，检测操作57%，维护成本占13%。除了硬件成本外，其它三项基本是软件开发、维护、操作成本。因此，对TPS的开发、移植、维护、重用，应是测试系统的重要研究内容。因此，美国在ABBET（A Broad-based Environment for Test，广域测试）对测试软件作了重点描述和规范。它以信息模型对测试信息进行规格化描述，消除了层次间测试信息移植、共享和应用的障碍。将测试从宏观上划分为产品描述层、测试策略和要求层、测试过程层、测试资源管理层、仪器控制层等内容。其根本目的是建立一种通用的ATS开放系统体系结构，从该体系结构再衍生出由具体硬件、软件和系统实现的体系结构，达到测试贯穿于产品从设计思想到装备现场的整个寿命周期，包括从一个寿命周期阶段到另一个寿命周期阶段相关测试信息的传递；生成所需测试程序与过程中信息的使用；故障隔离和修理时，在编写报告和诊断操作中测试维护信息收集和诊断信息反馈。
同时通过渐近方法确定ATS开放系统体系结构。计划了四个发展项目，每个发展项目完成后，产生一个ATS开放系统体系结构的完好部件，从而增加了该体系结构的开放程度与能力水平。四个发展项目分别解决“仪器互换性和互操作性”、“TPS可移植性和互操作性”、“寿命周期信息交换”、“过程与工具”。通过四个发展项目产生了ATS信息架构和软件架构。
ABBET结构如图1所示，产品生命周期和测试信息流程如图2所示。
对测试软件采用接口描述语言（IDL语言），由于IDL语言与具体语言实现无关性，确保了实现ABBET标准的测试语言多元化。
在测试领域对人工智能技术应给予高度重视。
美国在AI-ESTATE（Artificial Intelligence Exchange and Service Tie to All Test Environment）标准中给予了明确规定。
AI-ESTATE是以知识处理为基础的人工智能技术应用到武器系统的测试诊断，使诊断推理系统能相互兼容和独立于测试过程，达到测试诊断知识可移植、重用和共享。通过AI-ESTATE标准，构建综合诊断的开放式体系结构。目前主要是开发基于信息的综合诊断体系结构。
这一领域的标准化将便于编写出各种软件工具，以使把测试策略信息翻译成各种测试编程语言。另外，这些工具要可互换，因为人们可能希望使用各种工具获得相同输出源代码。这一领域的标准已在IEEE std 1232-2002作了规定。AI-ESTATE是测试和故障诊断领域的数据交换和服务的系列标准。它主要规定了智能诊断数据和诊断知识的表示及智能诊断推理机的功能部件相互间的标准化接口关系。规定了格式化信息模型。使两个推理机之间的诊断信息易于交换。这个标准也规定了管理诊断信息的服务功能和控制诊断推理机的服务功能。
其结构概念和模型体系结构分别如图3,图4所示。
[pagebreak]
3 通用测试技术基础的关键技术
3.1 总线接口技术
总线是所有测试系统和故障诊断系统的基础和关键技术，是系统标准化、模块化、组合化的根本条件，国内外都是依据总线系统来组建各类测试系统，以确保硬件、软件、系统级的兼容性、互换性和重构功能，研究和开发总线系统是设计、研制开放式体系结构的核心任务，也是测试系统技术研究的关键技术。
采用总线结构设计的系统，具有简化系统设计、可靠性高、维护性好、产品易于升级换代，便于组织生产工艺和成本低，真正能变串行生产为并行生产等重要优点。
美国军方要建立通用的自动测试系统开放式体系结构，其核心技术就是采用了总线系统结构，总线系统的研究成为测试系统技术研究的关键，在某种程度其技术水平决定了测试系统和故障诊断系统技术的水平。因此，总线技术研究历来是系统研究的核心技术。基于此，我们除认真研制VXI、PXI、ComPACt PCI，同时认真追踪世界接口技术的发展趋势，现拟开展PCI Express，infiNIband等技术研究，为建立未来新型的开放式的测试与故障诊断系统平台打下基础，满足21世纪军事装备要求。
3.2 软件平台技术
软件是组建系统核心技术之一，对于测试软件、TPS可兼容、可移植和重用一直是测试系统的关键技术。拟建立测试软件通用平台，重点研究CORBA、DCOM、COM等中间件语言。
这些软件充分利用了现今软件技术发展的最新成果，在基于网络的分布式应用环境下实现应用软件的集成，使得面向对象的软件在分布、异构环境下实现可重用、可移植和互操作。主要原理是引入中间件（Middle ware）作为事务代理，完成客户机（Client）向服务对象（Server）提出的业务请求，实现客户与服务对象的完全分开，客户不需要了解服务对象的实现过程以及具体位置。
同时提供软总线机制，使得在任何环境下，采用任何语言开发的软件只要符合接口规范的定义，均能集成到分布式系统中。
同时对现有的IVI、Vpp、SQL、ODBC、VRML语言等进行应用研究。
3.3 专家系统技术
由于专家系统具有很好实用性，已被广泛应用于科学、工程制造，尤其是宇航领域得到了广泛应用。美国自由号空间站、欧洲尤里卡平台、哥伦布空间舱，以及日本的吉姆舱都设计了故障诊断专家系统。在新一代载人航天器——航天飞机、载人飞船，作为可靠性的重要保障手段之一的故障诊断专家系统得到了广泛应用。
“自由号”空间站是美国大型载人航天工程。由于该工程结构庞大，设计复杂以及高可靠和高自主性要求，基于人工智能的故障诊断专家系统是其重要组成部分。NASA投入大量资金用于空间站系统级管理、故障诊断以及分系统级故障诊断专家系统的研制工作，包括诊断推理专家系统。由于故障诊断专家系统以其在实际应用中发挥的作用和取得的效益受到了工程界的普遍重视，专家系统已成为故障诊断技术发展的主流。
专家系统是一门综合性很强的学科，开发一个成功的专家系统需要系统设计人员与应用领域中的人类专家密切合作，一般将专家系统的设计人员称为知识工程师（Knowledge Engineer），将参加专家系统开发的人类专家称为领域专家（Domain Expert）。
专家系统（Expert System）是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
专家系统内部含有大量的某个领域的专家水平的知识与经验，能够运用人类专家知识和解决问题的方法进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，来解决该领域的复杂问题。
从处理问题性质看，专家系统善于解决那些不确定性、非结构化的问题，主要用于知识处理，而不是数据信息处理。
[pagebreak]
从处理问题的方法看，专家系统则主要依靠知识表达技术、知识推理、知识收集和编码，知识存贮和编排，建立知识库及其管理系统，利用专家知识和经验求解专门问题，而不是数学描述的方法来解决问题。
从系统结构看，专家系统则强调知识与推理的分离，因而系统具有很好的灵活性和扩充性。
从知识推理能力看，专家系统的工作是在环境模式驱动下的知识推理过程，而不是在固定程序控制下的指令执行过程。
从咨询解释能力看，专家系统不仅对用户的提问给出解答，而且能够对答案的推理过程做出解释，提供答案的可信度评估。
专家系统能不断对自己的知识进行扩充、完善和提炼。而传统程序都无法做到。
专家系统内部包括两个主要部分：知识库和推理机。
因为专家系统依赖于推理，它必须能够解释这个过程，所以它的推理过程是可检查的，解释机是复杂专家系统的一个必要部分。
由于专家系统具有很多突出优点，如：适应强。它能在任何计算机硬件上使用。专家系统是专家知识的集成，具有高水平的复合性，由几个专家复合起来的知识，其水平可能会超过一个单独的专家，而且复合专家知识在任何时候可同时和持续地解决某一问题。而且持久性好。专家知识是持久的，不会像专家那样会退休，或者死亡，专家系统可以比专家反应更迅速或更有效。某些突发的情况需要响应得比专家更迅速，因此实时的专家系统具有重要应用。
专家系统的广泛应用促进了专家系统的发展。一般诊断专家系统开发可以采用高级程序语言、通用人工智能语言、专家系统工具，也叫专家系统外壳来进行。
根据需求采用专家系统工具来开发故障诊断专家系统。因为，专家系统工具是一个具有知识表示和推理机的基本框架系统，能保证快速、高质量的组建、开发出故障诊断专家系统。
因此，研究和开发专家系统和专家系统工具是组建测试系统和故障诊断系统的基础和关键技术，是测试技术的重要研究内容。
3.4 虚拟测试技术
通过虚拟测试系统，可以使产品历经虚拟设计、虚拟加工、虚拟装配、产品性能虚拟测试和虚拟使用全过程。虚拟测试的结果信息可用于优化、改进虚拟制造技术中有关的设计和过程参数。由于虚拟测试在虚拟制造技术中应用的普遍性，能促进整个虚拟制造技术体系更为完备和工程实用化。因此，开展虚拟制造环境的虚拟测试技术研究和应用具有重要而深远的意义，而计算机技术、虚拟技术和测试技术的发展，以及大量工程实用数据的积累，也使得建立虚拟测试系统具备了现实的可能性。
我们开展虚拟测试技术研究，就是用虚拟工程概念解决型号研究中的实际测试问题。通过构造型号虚拟测试环境解决型号研制过程中的测试具体问题，包括参数精度测试，各种物理参数的虚拟产生，过程测试方法的模拟、测试程序的执行检测，对象模拟，以及虚拟模发、模飞等。
通过构建军事装备或大型工程的虚拟测试环境，建造一个通用的虚拟测试平台，可以适应各种型号模拟测试试验，对每种型号的测试需求均可在此通用的虚拟测试平台进行试验验证测试，通过虚拟测试验证，修正、完善军事装备的设计、提高研制质量；同时在明确军事装备和大型工程需求情况下通过虚拟测试环境可对需要设计的测试发射控制系统和各类测试分系统体系结构（分布式多总线复合结构或嵌入式单机箱系统）、系统组成、配置、功能模块要求、实时性、传输性、可靠性、维护性均可在通用的虚拟测试平台上完成演示验证，进行完善设计和研制。
当前，虚拟测试的研究和应用主要集中在两方面：
一是基于虚拟仪器技术的虚拟测试，基于虚拟仪器技术的虚拟测试的核心思想是“软件就是仪器”。其实现途径是在一定硬件基础上，利用计算机和软件及相应算法来替代传统测量仪表和装置，如：信号调理与传输仪表，信号显示记录仪、存储仪表、信号分析与处理仪表，以及有关控制、监控环节。
另外，就是基于虚拟现实技术的虚拟测试。
基于虚拟现实技术的虚拟测量，则是在虚拟现实环境下，借助多种传感器和必要的硬件装备，根据具体需求，完成有关的测量任务。在虚拟环境下可以设计、构建所需要的虚拟测试系统，进行虚拟测试、虚拟测量操作、测量过程仿真及虚拟制造中的虚拟测试等。
在虚拟现实环境下进行虚拟测试，能够将人、测量设备、测量系统模型和测量仿真软件集成于一体，提供良好的人机交互和反馈手段，产生逼真效果。然而目前虚拟现实的硬件设备和工具价格昂贵，VR技术在测量领域的应用应注重技术功能的实现，不必追求高档的、完全的VR环境。
上述两类虚拟测试最大区别是：基于虚拟仪器技术（VI）的虚拟测试尽管也被称做“虚拟”，但是，它不可能完全虚拟，其中，被测量对象模拟化不虚，传感器不虚，数采不虚，测量操作不虚，测量结果不虚。而基于虚拟现实技术的虚拟测试，一般强调交互和沉浸，首先要使参与者有“真实”的体验，为了达到这个目的，就必须提供多感知的能力。
目前基于虚拟仪器技术的虚拟测试和基于虚拟现实技术的虚拟测试日趋走向集成和融合。
虚拟测试可以降低实际测试操作的费用，减少在危险环境中实际操作的危险性，虚拟测试所具有的拟实性、灵活性和低成本，使之成为虚拟现实技术的一个主要应用领域。尤其在虚拟制造中具有重要作用，它贯穿于虚拟设计、虚拟加工制造、虚拟装备以及产品性能检测和使用的全过程，实现虚拟制造各个阶段有机衔接，推进虚拟制造技术的发展和工程化。因此，开展虚拟制造环境的虚拟测试技术研究和应用具有重要而深远的意义，而计算机技术，虚拟技术和测试技术的发展，以及大量工程实用数据的积累，也使得建立虚拟测试系统具备了现实的可能性。
3.5 构建测试技术体系
