基于故障樹的雷達故障診斷方法研究

摘要：文章對故障樹技術(shù)在雷達故障診斷中的應(yīng)用進行了研究。首先簡要介紹了故障樹分析方法和構(gòu)建故障樹的步驟，然后以發(fā)射機為例構(gòu)建了故障樹，并對其進行定量和定性分析。使用故障分析可以幫助雷達維修人員盡快完成雷達故障的定位和維修，并全面理解系統(tǒng)故障現(xiàn)象和故障原因間的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：故障樹；雷達故障；診斷方法；研究

引言

近些年來，隨著雷達技術(shù)的快速發(fā)展，各種新技術(shù)、器件和工藝在雷達裝備的設(shè)計制造中得到了廣泛應(yīng)用，使得新型雷達結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度逐漸加深，各系統(tǒng)間的聯(lián)系越來越密切，增加了對雷達故障的診斷難度。因此，應(yīng)加大對雷達故障的診斷研究。作為故障診斷領(lǐng)域常用的方法，故障樹分析法在雷達電子設(shè)備維修中比較適用，可幫助維修人員對故障原因進行準確判斷，進而增強故障診斷效率。

1、故障樹分析方法

故障樹分析法是一種可靠性和可用性較強的預(yù)測方法，在工程實踐中得到了廣泛應(yīng)用。在設(shè)計系統(tǒng)的過程中，通過分析對系統(tǒng)失效的可能性因素，如軟件、硬件、人為、環(huán)境等因素，畫出邏輯框圖（即故障樹），以更好的確定系統(tǒng)失效原因的各種組合及出現(xiàn)概率，同時使用有效的方式將系統(tǒng)失效概率計算出來，并采取科學有效的糾正措施，以進一步增強系統(tǒng)的安全性和可靠性水平。

將系統(tǒng)級別的故障現(xiàn)象稱為頂事件，而最基本故障原因稱為底事件，兩者之間的內(nèi)在關(guān)系以樹形網(wǎng)絡(luò)圖的形式表示，各層事件之間則通過“與”、“或”、“非”、“異或”等邏輯運算的關(guān)聯(lián)性進行表示。在故障樹的模型的基礎(chǔ)上，可以定量和定性的分析系統(tǒng)，而從觀測到頂層故障現(xiàn)象出發(fā)，逐步向下演繹，最終找出與底層故障相對應(yīng)的原因過程稱之為故障診斷。該方法主要是將系統(tǒng)故障與組成系統(tǒng)部件故障進行結(jié)合，并有層次的描述系統(tǒng)在實效進程中各種中間事件之間的相互關(guān)系。實際上，可以將故障樹模型看做是診斷描述對象結(jié)構(gòu)、功能與關(guān)系之間的定性因果模型，可以將故障傳播過程中的層次性和子節(jié)點體現(xiàn)出來，同時還能表現(xiàn)與父節(jié)點之間的因果關(guān)系。

2、故障樹構(gòu)建

首先，做好系統(tǒng)各組件功能、原理、結(jié)構(gòu)、故障狀態(tài)、因素、影響等的全面分析，并對其進行深刻的理解，找出一個不希望出現(xiàn)的頂層事件，之后找出各級事件全部出現(xiàn)的可能直接原因，對各類事件及其邏輯關(guān)系使用故障樹的符號進行表示，直到找出各類底事件位置。構(gòu)建故障樹可從以下四個步驟出發(fā)：

（1）熟悉系統(tǒng)

在使用故障樹對一個系統(tǒng)進行分析前，建樹者需深刻了解系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)原理、故障狀態(tài)、故障原因、影響因素等方面的問題，并對系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)資料進行收集，這些是建樹的基礎(chǔ)性工作。

（2）確定頂事件

可結(jié)合研究對象選取頂事件，通常情況下，系統(tǒng)不希望出現(xiàn)的故障事件就稱之為頂事件，為了對其進行全面分析，需對頂事件的定義進行明確，以實現(xiàn)定量評定和系統(tǒng)故障原因。對于一個系統(tǒng)來說，可能有多個不希望發(fā)生的事件，此時可以建立多個故障樹，但是一個故障樹只能從一個不希望出現(xiàn)的事件進行分析，而建樹的起始時間應(yīng)選擇與設(shè)計、分析目的相關(guān)性最大的事件，這也就是頂事件。

（3）構(gòu)建故障樹

從頂事件的角度出發(fā)，對各級事件全部可能出現(xiàn)的直接原因逐級查找，并選擇故障樹符號對各類事件及其邏輯關(guān)系進行表示，直到找出底事件為止。若系統(tǒng)較為復(fù)雜，即使構(gòu)造一顆故障樹也是一項巨大的工作量，此時就可通過兩種方式進行故障樹的構(gòu)建。其一是人工建樹，該種類型的建樹以演繹法最為常見，也就是對系統(tǒng)各級故障事件實行邏輯推理；其二是計算機輔助建樹，該種類型的建樹仍舊是活躍的研究課題。

（4）簡化故障樹

在構(gòu)建完成故障樹后，應(yīng)從故障樹的最下級開始，逐級寫出上級與下級事件之間的邏輯關(guān)系式，直至寫到頂事件為止。同時根據(jù)邏輯運算算法，對運算進一步分析，將多余事件及時刪除。

3、故障樹在雷達故障檢測中的應(yīng)用實例——以發(fā)射機為例

3.1建立雷達發(fā)射機故障樹

首先，雷達發(fā)射機會通過一定的部件將高頻信號放大，之后將射頻和天線結(jié)合，輻射高頻無線信號，這些信號經(jīng)過特定功放電路處理后，而處理部件出現(xiàn)故障問題的概率較大。利用故障樹分析法，來分析該系統(tǒng)，并將重點放在分析發(fā)射機模塊上。

頂事件T代表發(fā)射機出現(xiàn)故障的概率較小且能正常運行的情況；U1是中間事件，表示發(fā)射機出現(xiàn)故障概率較小同時能將所需的射頻信號發(fā)射出去，U2表示電源出現(xiàn)故障；U3表示發(fā)射機功率放大故障。X1是底事件表示頻率控制出現(xiàn)故障，X2表示信號調(diào)制故障，X3和X4代表功率放大故障；X5和X6代表電源故障。

3.2分析結(jié)構(gòu)函數(shù)及重要度

根據(jù)上述計算結(jié)果表明，因為事件3、4、5、6存在冗余設(shè)計，出現(xiàn)故障的概率不斷下降，使得故障的發(fā)生率有了很大程度下降，在優(yōu)化該系統(tǒng)中做出了重大貢獻。所以，在設(shè)計雷達的過程中，對于雷達安全性較低，出現(xiàn)故障較大的元件做好冗余設(shè)計，以降低系統(tǒng)故障概率。在對雷達發(fā)射機和大型設(shè)備的檢測維修中，需對故障事件出現(xiàn)概率進行排序，逐一做好檢查維修和優(yōu)化處理，以節(jié)約人力物力，減少診斷故障事件的出現(xiàn)。使用故障樹對雷達故障進行診斷維修，確保生產(chǎn)的高效便捷性水平，進一步增強經(jīng)濟效益。

結(jié)論：

綜上所述，將故障樹分析法應(yīng)用到雷達故障診斷中，可準確定位系統(tǒng)故障部位，進而找出故障原因，維修人員應(yīng)對故障現(xiàn)象和故障原因間聯(lián)系進行全面理解。與此同時，為了進一步增強維修人員對雷達裝備的了解程度和維修能力，應(yīng)直觀地勾畫出雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理和功能關(guān)系。

參考文獻

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[2]李華.基于故障樹的雷達故障診斷方法研究[J].無線互聯(lián)科技，2019（1）.

作者簡介：舒斌（1988-），男，納西族，云南香格里拉人，本科學歷，助理工程師，從事新一代天氣雷達維護保障工作。

（作者單位：云南省大氣探測技術(shù)保障中心）