通信裝備視情維修與狀態監測研究

摘 要： 隨著新型信息化裝備的廣泛應用，與之配套的維修保障體系、方法和手段的研究也被提到重要的議事日程。裝甲車載通信設備作為信息化裝備不可或缺的重要組成部分，其維修保障水平已成為影響部隊戰斗力發揮的重要因素。以某型超短波通信設備為例，論述了視情維修的基本思路和流程，明確了各個階段的工作任務，以技術指標體系為基本依據，分析了通信設備狀態監測的基本方法，探討了智能在線監測的基本思路，為滿足裝備保障視情維修和精細化管理提供了必要的技術準備。

關鍵詞： 通信裝備； 超短波； 狀態監測； 裝備保障

中圖分類號： TN925?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）13?0087?04

Study on on?condition maintenance and condition monitoring of

communication equipments

DONG Bao?liang， ZHOU Xing?qian

（Department of Information Engineering， Academy of Armored Forces Engineering， Beijing 100072， China）

Abstract： With the wide application of new information equipments， the research of ancillary maintenance support systems， methods and means have also been mentioned in the schedule. The armored vehicle communication equipment is an important part of indispensable information equipment. Its maintenance support level of protection has become an important factor to influence the battle effectiveness of the army. A certain type of VHF communication equipment is taken in this paper as an example. The basic idea and process of on?condition maintenance are discussed. The various stages of the task are determined. Taking the technology index system as a fundamental base， the basic method of communication equipment condition monitoring is analyzed， and the basic idea of intelligent online monitoring is discussed. The necessary technical preparation is provided for meeting the logistical support requirements of the on?condition maintenance and refinement management.

Keywords： communication equipment； ultrashort wave； condition monitoring； equipment support

0 引 言

裝備維修的基本前提，是實時準確地掌握裝備系統各部件技術狀況的基本狀態與變化情況，實現對其健康狀態變化進行評估，對故障的傳播和發展趨勢做出早期預測，從而制定有針對性的維修保障計劃，指導實施維修保障活動。本文以某型超短波通信裝備為例，探討分析了狀態監測的基本方法。狀態監測是指了解和掌握設備的運行狀態，包括采用各種檢測、測量、監視、分析和判別方法，結合系統的歷史和現狀，考慮環境因素，對設備運行狀態進行評估，判斷其處于正常或非正常狀態，并對狀態進行顯示和記錄，對異常情況做出報警，以便使用與維修人員及時加以處理，并對設備的故障分析、性能評估、合理使用和安全工作提供信息和準備基礎數據。

1 狀態監測

狀態監測的具體過程分為狀態監測、分析診斷、結果上報三個基本環節。其結構如圖1所示。

狀態監測：在裝備的運行過程中，對能反映裝備技術狀況的特征信號進行檢測、變換、記錄、分析處理。根據需求對所檢測的各種信號進行相應的模式變換和數據采集。

分析診斷：對采集到的裝備狀態數據進行綜合分析，對特征信息進行提煉辨識，并結合動態數據存儲模塊中的專家知識和系統數據庫以及各類診斷、預測模型，對當前設備的健康狀況進行評估，對故障進行識別、推理，判斷其故障模式、原因和位置，并對設備的未來健康狀況進行趨勢分析，計算故障征兆的發展趨勢、影響和估計剩余壽命等。

結果上報：在分析診斷出設備狀態的異常或者故障的信息后，將其上報到維修決策部門。

圖1 狀態監測流程圖

2 通信裝備技術狀態監測的重要性

視情維修的核心思想是基于對裝備技術狀態的監控來進行可靠性預測從而為維修保障活動的計劃安排提供詳實依據。因此實現通信裝備視情維修的首要前提，就是對電臺當前技術狀況的準確把握。所以對技術狀況的監測是視情維修中至關重要的一環。

視情維修的整個流程如圖2所示。主要包括狀態監測階段、故障診斷預測階段、維修保障決策三個階段。從圖2中可以看出，對電臺原始狀態監測、獲取電臺的工作狀態信息，處于整個維修活動的最起始階段，是后續其他維修活動開展的重要依據。

從視情維修的整個流程來看，對裝備施行狀態監測的主要作用體現在如下兩個方面：當前待監測設備處于其健康退化過程中的哪一種健康狀況，是正常態、性能下降態或某一功能失效態，并估計當前的狀態偏離正常態的程度大小，屬于狀態監測與健康管理，解決“是否需要維修”的問題；依據當前待監測設備的健康狀況決定是否維修：若維修，需判斷系統是由于何種故障模式引起其健康水平的下降，并能對故障模塊或元件盡早檢測與識別，以免系統完全故障，屬于早期故障模塊或元件的診斷與識別，解決“故障是什么”的問題。

狀態監測對于視情維修的指導意義，在電臺的維修中，也已得到了證實并受到了重視。因此加強電臺監測技術的研究，使維修機構能夠直接或者間接地實時精確掌握設備當前的狀態并運用相關技術手段進行故障診斷和預測，對視情維修來說至關重要。

圖2 視情維修流程圖

3 某型裝甲車載通信設備監測系統設計思路

3.1 對監測設備的基本要求

裝甲車載電臺監測系統應能集中監測電臺的運行狀態參量，對各種異常狀態做出診斷，對電臺工作壽命中的各關鍵參數進行記錄，對電臺維修檢測進行必要的指導。電臺狀態監測系統無論采用何種模式，一般均應滿足下列基本要求：

（1）響應速度快。監測系統是一個高速的實時在線監測系統，運行人員通過各種人機交互設備，實時監測電臺的運行狀態，當電臺狀態發生變化時，要求監測系統能以最快的速度捕捉和記錄狀態變化，需要實時處理大量數據。為此需要該系統具有足夠快的響應速度。

（2）操作簡單實用。電臺監測系統的用戶大多是基層官兵，考慮到基層官兵的文化水平、理解掌握能力的參差不齊，結合該系統平時工作的野戰惡劣環境，要求對其進行操作的人機交互界面簡潔易用，便于各層次的官兵學習掌握。

（3）擴展性好，兼容性強。任何一個系統的設計都不能一開始就考慮得十分完善，系統的規模、功能的配置等因素不可避免地會發生變化，起初要實現的功能比較局限，以后隨著系統的擴大而逐漸增加。要適應這種不斷增加的擴展要求，軟硬件均應采用模塊化設計，不同模塊的組合可以實現復雜的多種功能組合。此外，電臺監測系統應具備開放式結構，兼容性好。

（4）可靠性高。由于部隊工作環境的特殊性，系統的可靠性是衡量該設備的重要指標，為此，在系統配置上，必須采取各種加強可靠性的措施，以保證系統各部分均能分別進行檢查、維護和更換。

3.2 電臺監測的基本內容

電臺內的基本參數有電壓、電流、阻抗、功率、頻率、相位等，可直接測量或通過各種傳感器、電路等轉換為與被測量相關的參數。車載無線電臺的運行狀態就是表征電臺運行狀況的設計參數在電臺運行和使用過程中的反應狀況，而電臺狀態監測便是對該設計參數的狀態監測。

根據裝甲車載電臺的維修檢測標準，在此確定該系統進行檢測的主要技術指標有：

（1）電臺發信機的射頻輸出功率：指的是在電臺設備不加調制的情況下，發射機在一個射頻周期內加給標準測量負載的平均功率。

（2）電臺發信時天饋系統的駐波比：全稱為電壓駐波比，在無線電通信中，天線與饋線的阻抗不匹配或天線與發信機的阻抗不匹配，高頻能量就會產生反射折回，并與前進的部分干擾回合發生駐波。為了表征和測量天線系統中的駐波特性，也就是天線中入射波與反射波的情況，人們建立了“駐波比”這一概念。

（3）電臺發信機的頻率誤差：是指未調制載波頻率與指配載波頻率（指配載波頻率是標稱載波頻率中的任何一個）之差，以Hz為單位來表示。

（4）電臺發信機的音頻調制度和導頻調制度：在FM電臺中也稱為音頻頻偏和導頻頻偏，它是指音頻調制信號和（或）導頻調制信號（通常為150 Hz）控制載波頻率變化的范圍。

（5）電臺額定接收靈敏度及靜噪接收靈敏度：是指電臺在靜噪或不靜噪方式下，天線輸入口注入規定的載波頻率、載波幅度和規定的調制頻偏下，接收機音頻輸出端獲得的標準信納比。

（6）電臺收信時的最大音頻輸出電壓：音頻的最大不失真的動態范圍對應的輸出電壓。

（7）電臺收信時額定音頻輸出時的失真度：其全稱是音頻諧波失真系數，是指當給通信設備天線接收端送入額定的射頻輸入信號而使接收機獲得標準音頻輸出功率時，輸出信號中的二次和高次諧波分量的均方根和音頻全信號的均方根值之比。在通信電路中，非線性失真一般定義為：

[K=U22+U32+…+Un2U1×100%]

式中：[U1]為基波信號電壓有效值分量；[U2，][U3，]…，[Un，]分別為二次、三次到[N]次諧波信號的電壓有效值分量。

（8）頻率轉換時間：頻率合成器從接收指令開始建立振蕩到維持在穩定狀態的時間叫做建立時間；穩定狀態持續的時間叫駐留時間；從穩定狀態到振蕩消失的時間叫消退時間。從建立到消退的整個時間叫做一個跳周期。建立時間加上消退時間叫做換頻時間或者信道切換時間。是反映電臺跳頻性能的重要指標之一。

（9）頻率駐留時間：是指頻率合成器接受指令并建立振蕩的穩定狀態，穩定狀態的持續時間成為駐留時間。只有在駐留時間內才能有效地傳送信息。是反映電臺跳頻性能的重要指標之一。

（10）電臺在跳頻工作方式時的同步能力。即電臺在使用跳頻方式通信時的同步建立能力。

由于該型電臺部分功能維修權限的限制，后3個指標（跳頻狀態）的監測方法另文討論分析。

3.3 監測功能的實現

監測功能是該系統的核心任務之一，它完成電臺具體參數指標的測量。傳統的測量儀器種類名目繁多，測試連接較為復雜，不利于信息化條件下的保障需求；該監測系統應能夠將眾多測量儀器的功能綜合集成后，提供的基本測試功能可以分為發射機測試和接收機測試兩個大部分，具體涵蓋了監測內容中的主要項目。具備頻率計、功率計、信納比計、調制度儀、駐波比測量儀、音頻電壓表、失真度儀、音頻信號發生器、射頻信號發生器九個功能測量模塊。

各測量模塊與被測電臺的連接關系如圖3所示。

圖3 電臺監測系統與被測電臺的關系

監測系統對裝甲車載電臺在離線狀態下進行測試的原理圖如圖4所示。

3.4 在線監測功能

同樣實時在線監測功能也是該監測系統的核心任務，當電臺處于在線工作狀態時，在不影響電臺正常工作的前提下對電臺的各種工作參數進行實時采集，對能反映當前電臺健康狀況的相關參數進行分析計算，提取有用的參數信息。上報至后方的遠程維修機構，便于后方的遠程維修機構能夠及時調整部署維修活動，最大限度地提高維修效能。

圖4 電臺原位檢測原理框圖

4 結 語

在裝備保障信息化發展的大趨勢下，不僅是通信裝備，其他所有裝甲車載裝備的維修保障也要向著視情維修、實時監測的方向發展。因此，該系統在完成對通信裝備檢測任務的基礎之上，拓展其功能，使其能夠作為一個車內匯聚樞紐節點，收集車內其他設備的健康狀況信息，將整車設備的狀態信息上傳至車長終端乃至后方的遠程維修機構，共享資源，實現信息化維修保障任務。

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