基于故障樹的雷達故障診斷方法研究

摘要：文章對故障樹技術在雷達故障診斷中的應用進行了研究。首先簡要介紹了故障樹分析方法和構建故障樹的步驟，然后以發射機為例構建了故障樹，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，并全面理解系統故障現象和故障原因間的聯系。

關鍵詞：故障樹；雷達故障；診斷方法；研究

引言

近些年來，隨著雷達技術的快速發展，各種新技術、器件和工藝在雷達裝備的設計制造中得到了廣泛應用，使得新型雷達結構的復雜度逐漸加深，各系統間的聯系越來越密切，增加了對雷達故障的診斷難度。因此，應加大對雷達故障的診斷研究。作為故障診斷領域常用的方法，故障樹分析法在雷達電子設備維修中比較適用，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測方法，在工程實踐中得到了廣泛應用。在設計系統的過程中，通過分析對系統失效的可能性因素，如軟件、硬件、人為、環境等因素，畫出邏輯框圖（即故障樹），以更好的確定系統失效原因的各種組合及出現概率，同時使用有效的方式將系統失效概率計算出來，并采取科學有效的糾正措施，以進一步增強系統的安全性和可靠性水平。

將系統級別的故障現象稱為頂事件，而最基本故障原因稱為底事件，兩者之間的內在關系以樹形網絡圖的形式表示，各層事件之間則通過“與”、“或”、“非”、“異或”等邏輯運算的關聯性進行表示。在故障樹的模型的基礎上，可以定量和定性的分析系統，而從觀測到頂層故障現象出發，逐步向下演繹，最終找出與底層故障相對應的原因過程稱之為故障診斷。該方法主要是將系統故障與組成系統部件故障進行結合，并有層次的描述系統在實效進程中各種中間事件之間的相互關系。實際上，可以將故障樹模型看做是診斷描述對象結構、功能與關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點體現出來，同時還能表現與父節點之間的因果關系。

2、故障樹構建

首先，做好系統各組件功能、原理、結構、故障狀態、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的頂層事件，之后找出各級事件全部出現的可能直接原因，對各類事件及其邏輯關系使用故障樹的符號進行表示，直到找出各類底事件位置。構建故障樹可從以下四個步驟出發：

（1）熟悉系統

在使用故障樹對一個系統進行分析前，建樹者需深刻了解系統功能、結構原理、故障狀態、故障原因、影響因素等方面的問題，并對系統相關的技術資料進行收集，這些是建樹的基礎性工作。

（2）確定頂事件

可結合研究對象選取頂事件，通常情況下，系統不希望出現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，以實現定量評定和系統故障原因。對于一個系統來說，可能有多個不希望發生的事件，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的事件進行分析，而建樹的起始時間應選擇與設計、分析目的相關性最大的事件，這也就是頂事件。

（3）構建故障樹

從頂事件的角度出發，對各級事件全部可能出現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系進行表示，直到找出底事件為止。若系統較為復雜，即使構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

在構建完成故障樹后，應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系式，直至寫到頂事件為止。同時根據邏輯運算算法，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用實例——以發射機為例

3.1建立雷達發射機故障樹

首先，雷達發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合，輻射高頻無線信號，這些信號經過特定功放電路處理后，而處理部件出現故障問題的概率較大。利用故障樹分析法，來分析該系統，并將重點放在分析發射機模塊上。

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

3.2分析結構函數及重要度

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

結論：

綜上所述，將故障樹分析法應用到雷達故障診斷中，可準確定位系統故障部位，進而找出故障原因，維修人員應對故障現象和故障原因間聯系進行全面理解。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，應直觀地勾畫出雷達系統結構、原理和功能關系。

參考文獻

[1]王飛.基于故障樹的雷達故障診斷方法研究[J].信息化研究，2016，42（3）.

[2]李華.基于故障樹的雷達故障診斷方法研究[J].無線互聯科技，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保障中心）