電子偵察系統可靠性指標研究

【摘要】 介紹了典型電子偵察系統的基本組成，給出了其基本可靠性模型和幾種常見的任務可靠性模型。利用假定的失效率參數簡單預計，分析了對應模型的可靠性指標，為電子偵察系統制訂了科學合理的可靠性指標提供參考和借鑒。

【關鍵詞】 電子偵察系統;基本可靠性;任務可靠性

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.023

Research on the Reliablity Indexe of Electoronic

Reconbaissance System

MA Xiao-feng

（The 723 Institue of CSIC，Yangzhou 225001，China）

Abstract：? This paper introduces the basic components of typical electronic reconnaissance system，and gives its basic reliability model and several common mission reliability models. The reliability index of the corresponding model is analyzed by using the assumed failure rate parameters. It provides a reference for the establishment of scientific and reasonable reliability index of electronic reconnaissance system.

Key words： electronic reconnaissance system;basic reliability;mission reliability

可靠性是定量評價軍用裝備使用水平的重要技術指標之一。目前裝備的可靠性指標基本都是基本可靠性（MTBF），對應的分配方法較多，也比較成熟，比如：等分配法、比例組合法、評分分配法、考慮重要度及復雜度的分配法、可靠度再分配法等[1]，裝備設計過程也多以提升基本可靠性指標為目標。

電子偵察系統作為獲取敵方電磁參數的武器系統，在現代戰場電子情報獲取中發揮重要作用。隨著電子偵察技術的發展，電子偵察系統執行的任務從過去單一的威脅告警發展到集遠程預警、威脅告警、情報收集、頻譜監視、引導干擾、個體識別于一體。因此僅僅用基本可靠性指標來衡量一個復雜的電子偵察系統的可靠性水平，顯然不夠全面和科學。所以針對不同的任務剖面制定不同的任務可靠性（MTBCF）指標具有十分重要的意義。然而在實際工程應用中，任務可靠性分配也存在著分配技術不成熟，分配方法復雜等問題。在分配的過程中必須考慮系統功能關系、系統的多任務剖面、冗余設計等因素，特別是同時進行基本可靠性與任務可靠性指標的分配時，還必須考慮二者的關聯性，使得分配工作更加困難。

本文從電子偵察系統的典型任務出發，分圍繞不同任務剖面下各分系統基本組成與架構，在假定個分系統失效率的前提下得出基本可靠性與任務可靠性值，進而分析兩者之間的關聯性，為電子偵察系統可靠性指標的制訂提供參考和借鑒。

1 電子偵察系統的基本組成及主要任務分析

目前國內外的電子偵察系統按照功能劃分，基本由天線、微波接受、型號處理、數據處理、情報分析、電源等分系統組成。其基本組成框圖見圖1所示。

典型的電子偵察設備頻率通常覆蓋分米波至毫米波頻段，一般按照頻段Ⅰ、頻段Ⅱ、頻段Ⅲ和頻段Ⅳ進行分頻段工作。其中天線分系統、微波接受分系統、型號處理分系統、數據處理分系統和電源分系統通常各個頻段能夠獨立工作，其基本組成見圖2-圖6所示。某些電子偵察系統，為了具備更高的性能，在頻段Ⅱ和頻段Ⅲ的微波接受分系統和型號處理分系統采用瞬時測頻全寬開接受體制和高靈敏數字信號信道化技術體制，其常見的組成框圖見圖7所示。

2 電子偵察系統的可靠性建模

2.1 任務可靠性建模

任務可靠性建模是用來估計系統在執行任務過程中，完成其規定功能的能力。因為任務可靠性強調規定的“任務剖面”和完成任務的能力。因此，建立模型最主要的問題是確定任務剖面[2]。一個系統其基本可靠性框圖是唯一的，而任務可靠性框圖則因任務不同而變更，應根據不同的任務和任務剖面，得出其任務可靠性框圖[3]。下面針對圖1所示的典型電子偵察系統，給出幾種常見的任務可靠性模型。

2.1.1 ESM任務可靠性模型

對于一個典型的電子偵察系統的ESM任務而言，其主要功能是實行對雷達信號的接受、測量、分選和識別，對應的可靠性框圖見圖8所示，圖中天線分系統、微波接受分系統、信號處理分系統、數據處理分系統和電源分系統包含頻段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個子頻段。

2.1.2 干擾引導任務可靠性模型

對于典型的電子戰系統，其干擾引導任務一般在頻段Ⅲ，對于電子偵察系統來說其干擾引導任務可靠性框圖如圖9所示。

2.1.3 ELINT任務可靠性模型

對于情報分析任務而言，其工作頻段主要集中字頻段Ⅰ、Ⅱ和頻段Ⅲ，對于電子偵察系統來說其ELINT任務可靠性框圖如圖10所示。

2.2 基本可靠性模型

基本可靠性是指產品在規定條件下無障礙的持續時間或概率。它反映系統對維修人力的要求，考慮了系統所有壽命單位和故障，其失效率數據可以作為考慮維修和保障的依據[4]。顯然，組成系統的任何單元（包括儲備單元）發生故障后都需要維修或更換，因此，系統中的一切功能單元組成了一個全串聯模型，及儲備單元越多，系統的基本可靠性越低。對圖1所示的電子偵察系統的基本可靠性框圖如圖11所示。

3 可靠性預計及分析

3.1 可靠性預計

本文研究主要為了便于電子偵察系統方案階段可靠性指標的確定。因此，在可靠性預計過程中采用相似產品法進行預計。表1中給出了典型電子偵察系統各分系統失效率參數（表中參數非實際值，為方便后續預計的假定值）。

在任務可靠性預計的過程中，除了給出任務剖面之外還需要明確對應的故障判決。表1中的失效率實際應用過程中應該采用元器件應力分析或者相關驗證試驗得到的數據，包含了實際電路中的自檢單元和備份單元的失效率。在實際論證、設計及應用過程中，各分系統中的自檢單元通常不會影響任務的執行，而備份單元卻可以提高任務可靠性，因此在任務可靠性預計過程中需要考慮到對應的失效率，其可靠性模型通常為串并級聯模型。本文主要為了分析電子偵察系統的不同任務下的可靠性指標的差異，為后續電子偵察系統可靠性指標的確定提供參考。因此在下面的任務可靠性預計過程中，不在考慮各分系統的自檢單元和備份單位，僅利用表1中的參數，預計出各任務剖面的大致可靠性指標。

下面采用表1中的數據對本文中前面提到的典型電子偵察系統的基本可靠性和典型任務的任務可靠性進行預計，其預計數學模型見下式。

λs=λ1+λ2+…+λN?（1）

其中式中[λs]為基本可靠性或任務可靠性（利用式1計算任務可靠性的牽頭為各分系統不存在備份設計）對應的失效率;[λ1]、[λ2][…][λN]分別為各個分系統的失效率;對應的基本可靠性或任務可靠性指標為1/[λs]。

當為滿足某一任務可靠性指標時，設備可能采用備份設計，現結社分別對失效率為[λ1]和[λ2]兩個分系統進行備份，備份分系統的失效率分別為[λ11]和[λ22]，則此時系統的基本可靠性指標和對應的某任務可靠性指標的預計數學模型分別為式（2）和式（3）。其預計結果見表2所示。

λs=λ1+λ11+λ2+λ22+…+λN?（2）

λs1=λ1λ11λ1+λ11+λ2λ22λ2+λ22+…+λN?（3）

3.2 預計結果分析

從表2中的預計可以看出基本可靠性及各個任務的可靠性均不相同，在實際的電子偵察系統的設計過程中，可根據系統的指標要求，對相應電路進行簡化設計、備份設計或提高關鍵器件的可靠性指標，從而實現提高基本可靠性指標或任務可靠性指標;采用不同的設計方式，對可靠性指標的影響也不同，例如某電子偵察系統的主要使命任務是干擾引導，為了提高干擾引導的任務可靠性，采用對對應的微波接受分系統和信號處理分系統進行備份設計，備份設計后，利用表1的參數進行預計，干擾引導任務可靠性指標為5235.6小時，基本可靠性指則變為1006小時，與備份設計之前相比，干擾引導任務可靠性指標答復提高，但基本可靠性指標降低，此時ESM偵察任務、情報分析任務的可靠性指標均有提高;如采用提高關鍵器件的可靠性指標，使得頻段Ⅲ微波分系統的失效率由表1中的100×10 e-6/h，降低到90×10 e-6/h，則整機的基本可靠性指標和各任務可靠性指標均得到提高。

在實際設計過程中，采用備份設計方式提高任務可靠性指標，則需要增加相應的硬件模塊，進而導致設備的體積和重量的增加，在機載和彈載等體積和重量有嚴格要求的偵察系統中，這種設計方式難以實現;由于受到材料、制造工藝等因素的影響，某些關鍵器件的可靠性指標長期保持在一個相對穩定的范圍內，無法大幅度提高，故通過提高關鍵器件的可靠性指標達到提高系統的基本可靠性指標或任務可靠性指標的設計方式實現起來也相當困難。

綜上分析，可以得出系統的基本可靠性與系統的復雜程度有關，而任務可靠性與系統執行任務相關，二者之間無必然聯系。因此在方案論證階段，可靠性指標的提出時，需要充分考慮整個系統的主要使命任務，設備規模等因素，統籌兼顧，提出合理的可靠性指標，可以針對多個不同的任務，提出多個不同任務可靠性指標，從而方便后續的技術設計工作開展。

4 結語

本文介紹了典型電子偵察系統的組成，分析了其主要的任務并給出了基本可靠性模型和多種任務的任務可靠性模型，并給出了數學計算模型。利用假定的失效率參數預計分析了每種任務可靠性指標，簡單地分析了基本可靠性和任務可靠性之間的關系。為指導后續的電子偵察系統的可靠性指標的論證可靠性設計工作具有一定的參考意義。

【參考文獻】

[1]??? 曾聲奎.任務可靠性指標分配的比例組合法及評分分配法[J].航空學報，1995（S1）：15-19.

[2]??? 吳利榮，王建華.基本可靠性和任務可靠性模型研究[J].現代制造工程，2004（5）：24-25+37.

[3]??? 吳德銘，李守仁，王善等.船艦產品可靠性工作可靠性設計[M].哈爾濱工程大學出版社，1995.

[4]??? 王喆峰，薛霞.雷達系統可靠性參數選擇與指標確定的探討[J].雷達與對抗，2006（3）：66-69.

【作者簡介】

馬曉峰（1986-），男，工程師，研究方向為質量檢驗、質量管理。