基于故障樹的雷達故障診斷方法研究

李華

摘 要：文章對基于故障樹的雷達故障診斷方法研究，以期為雷達故障診斷的研究提供一定的參考，為基于故障樹的雷達故障診斷的應用提供一定的理論支持。

關鍵詞：故障樹；雷達；故障診斷；方法

1 故障樹概述

1.1 定義

故障樹分析主要研究的是一個系統不希望出現的故障問題，根據這一系統的功能以及其內部結構，先找到可能引發故障的所有因素，把這些引發故障的因素作為中間事件，再通過對這些因素進行分析，進而找到引發中間事件的所有因素，根據這一方法順次向下推及，直至找到這一系統的底事件。

1.2 基本概念

頂事件：是故障樹模型中最高處所發生的故障，即真實的系統故障。

中間事件：是能夠引發頂事件的事件，但不是導致故障的最低端的事件，其故障也是由下一級事件所引發的。根據系統自身的特點，會出現多級中間事件。

底事件：是故障樹中最低端的事件。故障樹通過邏輯門以及一些特定符號將底事件、中間事件以及頂事件相連接，主要包括“或門”“與門”和“轉移符號”。“或門”指的是所有子事件中只要有大于等于一個發生就會使得父事件發生；“與門”指的是所有子事件必須同時發生才會使得父事件發生；系統有時也會出現較為復雜的樹系統，甚至是不同問題樹之間相連接，這時就是用到了“轉移符號”[1]。

2 故障樹原理及構建方法

2.1 故障樹的建造方法

故障樹的建造按如下幾個步驟進行。

（1）首先，應該全面學習有針對性的分析所需要建立故障樹的系統。相關人員必須對該系統的結構類型、設計原理、信號傳輸以及可能出現故障的問題點等進行系統的學習。要想建立故障樹，要求工作人員有科學系統的知識，這也是在建立故障樹中最為復雜的一步。

（2）故障樹頂事件的確定：頂事件也就是系統實際過程中所發生的故障，不同的設備系統故障問題各不相同，其中可能包括復雜的問題事件和簡單的問題事件，在選擇頂事件時通常將最為疑難的事件作為頂事件。

（3）故障樹的建立：在將頂事件確定完成后，需要對導致頂事件的所有可能性進行逐步分析，進而確定中間事件，再針對不同的中間事件進行分析，直至找到引發中間事件的所有底事件為止。再將所有事件通過符號等相連接，建立系統的故障樹模型。

（4）對故障樹進行整理與優化：對底事件以及中間事件進行分析，將不可能以及多次出現的事件去除掉，結合系統的實際情況，對故障樹進行完善。

建立完成之后，針對故障進行定量以及定性分析。

2.2 故障樹構建方法

2.2.1 定性分析

故障樹的定性分析主要指的是故障樹的割集，找到其中的最小割集。割集主要是故障樹中出現的故障樹最低端的底事件所構成的一個集合。例如，故障樹中存在n個底事件Y1，Y2，Y3......Yn，事件A={Y1，Y2，Y3......Ym}（m≤n）是這一故障樹中的一個集合，當A中的所有事件全部發生時，一定會使得頂事件發生，則事件A是該故障樹中的一個割集。如果集合A中的底事件有任意一個不發生，則該頂事件就不會發生，則割集A就是系統的最小割集。

最小割集指的是系統發生問題的最根本問題的集合，因此也是進行故障分析的重中之重。通常使用下行法對故障樹中的最小割集進行分析。先從頂事件進行分析查找，查找過程中遇到“與門”將與門下的所有事件一一列舉，遇到“或門”就將其下的所有事件一一列舉，直至所有事件都轉化為底事件為止。再將割集進行比較分析，進而找到最小割集。

求解某雷達固態激勵源的最小割集。

這樣就得到固態激勵源故障樹的8個最小割集：{Y1}；{Y2}；{Y3}；{Y4}；{Y5}；{Y6}；{Y7}；{Y8}。

2.2.2 定量分析

故障樹中通常使用定量分析來找出系統發生頂事件概率和一些其他因素。其中包含底事件中發生故障的概率情況，以及每一個最小割集的概率情況，進一步分析出每一個底事件能夠導致頂事件發生的概率情況。

故障樹中對底事件問題概率的分析主要是工作人員根據自身工作經驗確定的，最小割集的故障概率的計算是通過所有他所包含事件的概率的積所計算出來的。故障樹頂事件故障的情況就能夠依照此方法得到。

3 故障樹在雷法故障檢測中的應用實例分析—以發射機為例

3.1 建立雷達發射機故障樹

雷達發射機首先把所需要的高頻信號通過一定的部件進行放大，之后再通過射頻以及天線把這些部分高頻無線信號輻射出去，這些信號在經過特定的功放電路進行一定的處理，其中的處理部件是發生問題概率較大的部件。通過使用故障樹分析的方法針對該系統進行分析，重點對發射機的模塊進行準確的分析[2]。雷達的發射機模塊的故障樹如圖1所示。

圖1中，頂事件T表示發射機故障小并且正常工作的情況。中間事件U1代表的是發射機故障小同時能發射出所需要的射頻信號，U2所表示的是電源模塊出現故障的情況，U3表示發射機功率放大模塊故障。底事件X1表示頻率控制故障，X2表示信號調制故障，X3和X4表示功率放大故障。X5和X6表示電源模塊故障。

3.2 結構函數及結構重要度分析

根據上述計算得，X1， X2事件的重要程度相同，重要度為1，X3， X4， X5， X6事件的重要程度相同，總要度為0.5。若其他因素不會導致故障的前提下，事件X1， X2使得機器故障的可能性最大。因此，在進行檢修時重點考慮事件X1， X2，并對兩事件作更多的關注多加分析。但是如果該事件的故障概率極低，則該事件作為引發故障事件的可能性就會大幅度降低，這個底事件不一定就是故障關注點。

3.3 頂事件概率及概率重要度分析

底事件概率重要度重點關注了各個底事件發生的概率問題以及導致頂事件發生變化的可能性。

根據上述計算表明，事件3、4、5、6，因為存在冗余設計，則其故障概率有極大的降低，很大程度上降低了它們的故障發生率，對該系統的優化作出了重大的貢獻。所以在該雷達設計過程中，針對安全性較低，故障發生可能性較大的元件需要進行冗余設計，進而降低系統的故障率。本文針對雷達發射機發生故障時出現故障的概率進行分析，可以初步判斷出事件1、2發生故障，應該重點進行優化處理。在實際雷達發射機以及一些較大型設備的檢測維修過程中，需要對可能出現故障的事件的發生概率進行排序，從高到低依次進行檢查維修，逐個進行優化處理，最大程度上通過分析優化處理節約人力物力，減少診斷故障的事件。對故障樹進行分析維修，程序化處理，促進生產的高效便捷，提高經濟效益。

4 結語

本文對故障樹分析法進行研究，對其原理、概念等作出了解釋，重點分析了故障樹分析法中的定量分析以及定性分析，介紹確定最小割集的方法，之后，以雷達發射機的故障分析為例子，對其進行了詳細的分析計算，對所分析出的故障重要度依次排列，對其逐個進行故障檢查，最終找出故障部件。