芻議火控系統故障預測與健康管理技術

李偉領

摘 要：隨著現代化控制理論和智能控制技術的發展，火控系統從最初的簡易火控系統逐漸發展為目標自動跟蹤綜合性火控系統，屬于綜合性軟件密集型系統。傳統火控系統故障檢測主要是依據故障特征信息進行分析，而如今火控系統更加智能和復雜，因此需要加強對全新故障預測與健康管理技術的研究。本文主要分析了火控系統故障預測與健康管理技術的原理和應用現狀，闡述了故障預測與健康管理中的關鍵技術，并針對故障預測與健康管理體系的結構進行了研究和探討。

關鍵詞：火控系統；故障預測與健康管理；體系結構

隨著信息化時代的來臨，各個領域加大了對計算機技術、自動化技術、智能控制技術等應用。其中PHM技術作為全新的故障預測與健康管理技術，具有實時化、智能化和綜合化的特征，并在國防領域、航天領域及民用領域中廣泛應用[1]。火控系統具有高科技性和復雜性，如果其存在問題，將會對裝備作戰的效能產生影響，甚至出現安全問題，因此必須加強對火控系統的故障預測與健康管理。

1 故障預測與健康管理技術的原理及應用現狀

PHM技術是給予Codition Based Maintenance而逐漸發展起來的故障預測與健康管理技術，主要實現降低對傳感器采集數據信息的利用率，通過不同推理算法實現火控系統健康狀況的評估[2]。PHM技術包含故障預測和健康管理兩部分，其中故障預測主要是依據系統過往狀態和實時狀態，對系統完成功能的狀態進行預測診斷。健康管理主要是依據預測信息、維修資源、使用要求等進行診斷，實現對裝備維修計劃和維修方法的決策。

在航空領域中，美國波音公司通過應用飛機狀態管理系統，有效提高了飛行的安全性和運營效率，并提高了該公司的經濟效益。健康與使用監控系統在戰斗機、運輸機等軍事領域設備中得到了廣泛應用，有效提高任務了完備率。航天領域對PHM技術的應用主要為航天器綜合健康管理系統、飛機狀態分析與管理系統等。我國關于PHM技術的研究主要體現在PHM系統體系結構、關鍵技術等方面，如基于PHM技術的雷達裝備維修保障系統。將PHM技術應用在火控系統中具有良好的前景。

2 火控系統故障預測與健康管理的關鍵技術

本文主要針對火炮火控系統的故障預測與健康管理各項關鍵技術進行了分析。

2.1 PHM傳感技術

火控系統的彈道參數修正量傳感器，能夠提供實時的彈道參數當前值或偏差值，如果出現出現偏差，則計算機可以及時計算出修正量進行補償，提高火炮設計的準確性[3]。而PHM技術應用在火控系統中，需要傳感器能夠聯網，且需要提高對惡劣壞境的抵抗能力，尤其是對電磁干擾的抵抗能力。通過提高傳感器器件精度、穩定性和減小傳感器尺寸等，滿足PHM技術的要求，且引進新興微機電系統能夠進一步促進傳感器向小型化方向發展，實現降低功耗和無線通信成本的目的。

2.2 PHM嵌入式測試診斷技術

火控系統作為綜合性軟件密集型系統，如果嵌入式軟件存在性能問題，則會直接影響火控系統的性能。通過對火控系統的鑒定可以了解到，當前針對嵌入式軟件性能的測試還不足，難以滿足要求。嵌入式系統主要是以應用系統作為核心，實現提高系統速度、安全性等要求，即其可以進行軟硬件的裁減。PHM嵌入式診斷技術主要是針對嵌入式操作系統、微處理器、硬件設備和應用程度等進行檢測，還具有控制管理和測試的能力。

2.3 PHM數據傳輸技術

火控系統具有復雜性和智能性等特征，因此其所產生的數據具有海量性，包含故障參數、特征闡述等數據。針對所產生的數據均需要傳輸到其他部分，因此必須確保數據傳輸技術性能的優良。目前數據傳輸主要包含有線傳輸技術和無線傳輸計劃，其中有線傳輸技術主要是利用有線數據線和網絡進行數據的傳輸，即針對傳感器采集的數據通過特定的有線網絡傳輸到中央級監測處理系統中。無線傳輸主要是利用無線調制解調器進行數據通訊[4]。

2.4 PHM故障預測技術

PHM故障預測技術分為三種類型，即基于模型、知識和數據的故障預測技術。基于模型的故障預測技術需要明確對象系統精確的數學模型，且需要通過修正對象系統的數學模型提高預測精度和實時預測的要求，具有一定的局限性。基于知識的故障預測技術對系統模型的要求不高，但需要大量的專家知識作為基礎，聯合模糊邏輯進行故障的預測。但在實際應用中會出現專家知識局限性問題和專家知識表述難度較高等，繼而出現預測技術的實效。基于數據的故障預測技術主要是挖掘數據中隱含的信息，但可能會出現采集數據不確定和不完整的情況。

3 火控系統故障預測與健康管理體系的結構

火控系統故障預測與健康管理系統主要分為四個模塊，故障診斷模塊、故障預測模塊、數據解析模塊和輔助功能模塊。故障診斷模塊又包含故障診斷、故障維修措施和歷史故障查詢；故障預測模塊包含實時狀態數據采集、故障預測、故障報警和歷史檢測數據查詢；數據解析包含數據記錄、數據解析和數據導出；輔助功能包含知識庫維護和數據導入[5]。故障預測與健康管理系統具有獨立性、多功能性、通用性等特征，能夠提供是的那個的故障維修措施。

4 結束語

綜上所述，隨著火控系統的發展，在火控系統中應用PHM技術具有必要性。目前火控系統故障預測和健康管理還處在初級階段，為了推進PHM技術的應用和發展，需要將眾多PHM關鍵技術相互融合，基于故障智能預測方法，提高預測準確率，并對火控系統實現全新的健康管理，建立通用的健康管理系統平臺。

參考文獻

[1]胡冬，謝勁松，呂衛民.故障預測與健康管理技術在導彈武器系統中的應用[J].導彈與航天運載技術，2010，04：24-30.

[2]景博，黃以鋒，張建業.航空電子系統故障預測與健康管理技術現狀與發展[J]. 空軍工程大學學報（自然科學版），2010，06：1-6.

[3]邵思杰，曹勇，李愛民.基于多信號模型的火控系統測試性分析與仿真驗證[J].計算機測量與控制，2012，07：1907-1909.

[4]楊國振，常天慶，張雷，朱斌.裝甲裝備故障預測與健康管理系統技術研究[J].計算機測量與控制，2012，10：2728-2730+2738.

[5]高美娟，劉白林，張振華，肖亮.基于Linux/QT的火控系統故障預測的設計與實現[J].西安工業大學學報，2015，03：201-204+209.