雷達故障自動修復設計

孫國強

(中國電子科技集團公司第三十八研究所 合肥 230031)

0 引言

雷達作為一個大規模的電子產品，在使用過程中出現部分設備性能下降或故障的可能性很大，但使用人員最主要的工作是目標錄取跟蹤，而對于雷達狀態的日常監測主要靠觀察進行，這導致不能及時的預防或發現并排除雷達故障，限制了雷達的可用度。為了提高雷達在使用過程中的可用度，建立完善的監控和自動修復系統是一個很有必要的研究。

1 傳統檢查修復方法

1.1 定期維護檢查

雷達是一部技術含量高、設備復雜的高技術武器裝備，在使用過程中可能會由于器件老化、使用不當等原因導致部分設備性能下降，定期維護檢查就是利用外部測試儀表等設備發現性能下降、但尚能使用的情況［1］，通過加注潤滑油等維護措施預防雷達故障的發生，保障雷達設備執行任務的可靠性。

1.2 故障自動定位

現代雷達系統中，機內故障自動檢測定位技術裝置發揮著重要作用，利用嵌入式計算機和網絡技術的特點［2］，結合各個組成系統設備的檢測電路，進行分布式檢測、集中控制處理的方法，在不影響雷達系統正常工作的前提下，不間斷地對全機工作狀態進行監視［3］，并對可更換單元的故障信息進行采集，經比較關聯分析給出故障報警信號，實現雷達系統的故障自動定位，并將故障報警信息顯示在監控顯示界面上，提示發生故障的可更換單元位置，減少操作人員的維修時間。

1.3 經驗判斷

有經驗的操作人員在使用過程中對雷達發現目標的距離、高度等情況進行比較分析，能夠在故障發生前發現設備性能下降的情況，但這需要操作人員長時間的使用經驗積累，而對于設備復雜的雷達而言，要求操作人員憑借經驗發現各種故障是很困難的。

1.4 傳統方法比較

定期維護優點是可以在檢查維護過程中通過指標測試發現性能下降的情況，能夠在故障前有效發現并排除故障隱患，但由于間隔時間長，不能實時監測雷達狀態;故障自動定位可以及時發現故障，在不使用外置儀表的情況下，能夠實時監測系統的工作情況，顯示發生故障的可更換單元位置，減少操作人員的維修時間，但由于故障的突發性，導致發生故障后必須停機檢查維修;經驗判斷能及時發現設備性能下降的情況，兼顧了定期維護和故障自動定位的優點，并可以根據情況決定是否停機排除，但對操作人員的經驗要求高;以上幾種方法均能夠有助于發現和排除雷達故障，但也具有一定的不足，并且由于故障的突發性，可能會對雷達裝備的任務可靠性產生一定的影響。

2 故障自動修復設計

雷達故障自動修復設計就是在系統發生故障時，利用雷達設備的功能冗余，在計算機控制下完成系統的重構，保障雷達裝備的任務可靠性［4］。雷達故障自動修復設計必須以可靠完善的性能狀態監測為基礎，在此基礎上通過充分的冗余設計和可靠地智能處理控制切換，減少雷達故障停機檢修時間。

2.1 系統設計

故障自動修復是在雷達設備發生故障時，在計算機的控制下第一時間啟動冗余設備，保證雷達系統的正常工作。

故障自動修復的系統設計包括硬件和軟件兩部分。硬件部分包括數據采集傳感器、數據處理模塊、監控計算機等設備;軟件主要是在硬件平臺上實現狀態特征提取、故障相關、控制修復等功能。數據采集傳感器主要完成雷達各個系統運行的參數采集任務;數據處理模塊將傳感器提取的數據進行處理，并與設計標準數據進行比較，將處理后的特征值輸出給監控計算機，監控計算機進行狀態的相關處理，并判斷是否需要報警或啟用冗余設備。

2.2 狀態采集處理

可靠的狀態采集處理是故障自動修復的基礎，是利用各個組成系統中的檢測電路，通過網絡和微機接口，進行系統性能的分布式在線檢測，并將狀態信息輸出給集中式控制處理計算機［5］，如在速調管損壞時，一般會出現發射功率下降的情況，通過功率檢測模塊實時檢測速調管的輸出功率，功率檢測模塊將功率信息發送給控制計算機，并在計算機中與預設的標準值進行比對，發現功率下降情況，預測故障的發生。從處理數據的集中程度分為集中處理和分布處理。

圖2 狀態分布處理示意圖

以上兩種處理各有優缺點，集中處理方法數據傳輸量大，分布式處理方法將會增加雷達設備量;結合雷達設備量大、結構空間小的特點，在雷達的狀態采集處理上可以采用分布式傳感器采集狀態數據信息、分層集中式數據處理的方法［6］，兼顧了集中處理和分布處理的優點。

圖3 分布采集、分層處理示意圖

分布式傳感器采集狀態數據信息、分層集中式數據處理的方法既能較多地保留傳感器的原始數據，又能降低數據傳輸和處理壓力;并且狀態數據處理設備比較分散，可以合理利用雷達空間，緩解了雷達空間有限的壓力。

2.3 冗余設計

冗余設計是提高設備可靠性的有效措施之一，它可以在單個組件或系統發生故障時不影響系統整體執行任務的可靠度［7］，尤其是在系統無法停機維修時，系統的冗余設計就顯得更加重要;冗余設計一般包括并聯冗余、串并組合冗余、并串組合冗余等多種形式。

并聯冗余是有N 個功能性能相同的工作單模塊并聯組成，只要有其中1 個工作模塊有效，系統均能正常工作，但隨著N 的增加，設備的成本、重量、體積也成比例增加，在實際設計中固定站雷達采用并聯冗余設計時一般將N 取值為2，但對于機動雷達來說，重量、體積的增加意味著機動性的降低，所以一般采用串并組合冗余或并串組合冗余，由于串并組合冗余設備量大，并串組合冗余的設備連接關系復雜，所以一般采用兩種冗余方法的組合增加系統的可靠性。

圖5 并串冗余示意圖

2.4 故障自動修復控制

在可靠地狀態采集處理的基礎上，監控計算機利用冗余設備完成故障的自動修復。

如在某雷達中，功率檢測模塊在發現速調管功率下降到一定限度時，控制計算機提醒操作人員進行檢查維修排除，如果再下降到一定限度以至于發生故障時，控制計算機啟動熱備份發射機，在最短時間內完成設備的切換，保證系統的可靠工作(見圖6)。

圖6 自動修復示意圖

2.5 故障自動修復方法的使用限制

故障自動修復設計必須建立在可靠地狀態采集和故障判斷的基礎上，故障覆蓋率、隔離率或準確率低，將嚴重會影響故障的自動修復功能的實現，并且當控制計算機可靠性低時甚至會影響雷達系統本身的可靠性。

冗余設計在高可靠的控制計算機的控制下能夠提高雷達的任務可靠性，但冗余設計增加了系統的設備量，以致于增加系統的重量和經費，甚至影響雷達的機動性。

所以，故障自動修復設計必須采用高可靠的控制計算機和數據采集傳感器;在此基礎上，對冗余設計進行優化，在滿足雷達設計的成本、重量、機動性要求的情況下，提高雷達系統的任務可靠性。

3 結束語

本文分析了傳統故障修復方法的優缺點，在以可靠的狀態采集處理和充分的冗余基礎上，利用監控計算機控制雷達系統的自動修復，減少了操作人員的檢修時間，降低了維修使用成本，保證了雷達的作戰性能的發揮，并提出了故障自動修復方法的使用局限。在無人值守和少人值守的雷達設計上具有十分重要的參考意義。

［1］華桂琴.電子對抗與雷達目標模擬器的維護［J］.艦船電子對抗，2004，27(3):39-40.

［2］曾銳利，肖云魁，周建新，韓俊淑.汽車遠程故障診斷與維修系統研究［J］.電子測量技術，2009，32(7):129-131.

［3］王燕.一種遠程相控陣雷達的自動化測試與故障診斷方法［J］.電子測量技術，2010，33(1):129-132.

［4］劉建，馮雷星.某型航空發動機容錯控制仿真研究［J］.電子測量技術，2010，33(5):22-24.

［5］金鑫，任獻彬，周亮.智能故障診斷技術研究綜述［J］.國外電子測量技術，2009，28(7):30-32.

［6］趙繼承等，雷達系統測試性設計［J］.雷達科學與技術，2009，7(3):174-179.

［7］張送保等.基于冗余的復雜體系動態適應性結構設計研究［J］.國防科技大學學報，2017，29(5):132-138.