基于故障樹分析的通信裝備測試問題解決方法

朱學文，苗 青

（中國人民解放軍海軍青島通信修理廠，山東青島 266000）

0 引言

通信裝備無論是作為民品還是軍用都是生活工作中不可或缺的一部分。隨著科技的不斷發展，信息化水平不斷提高，通信裝備的重要性愈發凸顯。但是任何產品、部件都有使用壽命，由于使用環境、工作強度、操作方法等多方面的因素，裝備故障時有發生。針對裝備故障修理方法以及裝備故障預測等方向，很多專家、學者、工程師給出了自己的觀點。文獻［1］研究了針對集成化程度高、技術復雜的超短波電臺的故障診斷技術。文獻［2］［3］提出了給予故障樹分析的裝備故障分析、診斷和預測方法。文獻［4］結合外軍的裝備保障技術發展趨勢，提出了一種預防性維修霍爾模型，分析了裝備預防性維修的設計思路、方法、技術模型和策略。目前大部分研究都聚焦于裝備故障修復、預防等方面的工作。然而，在裝備整個生命周期中，無論對于工作狀態的評估、故障的修復，還是質量的檢驗等都離不開具體技術指標測試的數據支撐。技術指標是衡量一部無線通信裝備質量優劣的重要參數，能夠較客觀的評價裝備的戰斗力水平。以某型艦載超短波電臺技術指標測試過程中遇到的一個難題為例，提出利用故障樹分析法進行原因排查并定位到測試工裝缺陷，并由此重新改進了測試工裝，節約了測試成本。

1 故障樹分析法原理

FTA（Fault Tree Analysis，故障樹分析法）最初用于分析民兵式導彈發射系統[4]，現在常被用于設備或者系統的故障分析與預測。故障樹分析法的基本思想為首先選定頂事件，該事件對于系統影響最大；其次判斷中間事件，即造成頂事件的可能原因，然后進行逐層分析。最后將粒度最小的可能因素作為底事件。故障樹基本模型如圖1 所示，某系統故障作為頂事件，可能引起該故障的中間事件可能為模塊1、模塊2 或者模塊3 的損壞。每個模塊的損壞可能由不同的元器件導致，所以底事件為元器件故障。

圖1 故障樹基本模型

利用故障樹模型解決實際問題的基本步驟如下：

（1）了解系統的原理及構成。

（2）確定頂事件。

（3）明確邊界條件。

（4）建立故障樹模型。

（5）定性分析與定量分析。

2 通信裝備指標測試問題及解決

依據無線通信的裝備技術指標測試通常分為發信機指標與收信機指標兩類[5-6]。評價一部發信機性能常用參數包括發射功率、頻率偏移、調制靈敏度等。評價一部收信機性能的常用指標為收信靈敏度、音頻響應、中頻抑制等。某待檢驗新型艦載超短波電臺是一款改進型產品，外觀尺寸、接口及大部分功能與舊型相同。在對該新型艦載超短波電臺通信指標測試工作中，使用M8920A 型綜合測試儀及舊型配套測試工裝進行測試。在電臺發射功能技術指標測試時，無線綜合測試儀檢測不到電臺射頻信號的輸出。發射機指標測試具體連接如圖2 所示。通過查閱該電臺技術資料、工作原理圖、線纜連接等方式，采用故障樹分析的方式展開逐步排查。

圖2 發射機指標測試框圖

2.1 建立故障樹模型

在此次發信機測試問題故障樹模型中，經過初步排查，滿足下列約束條件：①該部超短波電臺電源模塊供電正常，工作電壓符合電臺需求；②測試夾具連線正確；③測試儀器儀表參數設置正確。

建立故障樹模型如圖3 所示。其中每個節點的具體定義見表1。

表1 故障樹節點定義

2.2 定位分析過程

如圖3 故障樹分析模型可以看出，造成該型超短波電臺發射功率檢測失敗的原因，即造成頂層時間的最高層中間事件，總體歸納為3 種情況，分為是：①電臺自身發信功能故障，無射頻信號輸出（X1）；②電臺音頻信號輸入失敗（X2）；③電臺射頻信號檢測失敗（X3）。

圖3 故障樹分析模型

為了驗證中間事件X1與X3，將該電臺原廠自帶的送受話器直接插入電臺“話筒耳機”接口，并將射頻信號經50 Ω 假負載后接入綜合測試儀“T/R”接口。然后手動按住送受話器“PTT”按鍵喊話，觀察綜合測試儀的數據發現，從綜合測試儀可以實時觀察到電臺射頻頻譜波形、載波功率、頻率偏移等相關參數隨著聲音呼喊的變化而變化。實驗證明該超短波電臺本身發信功能正常。至于發射功率、頻率偏移等技術指標參數正是本次工作要測試的內容，這里只做功能性驗證。由此，可以排除電臺自身發信故障（X1）及綜合測試儀與電臺中間各環節的問題（X3）。

基于上述實驗驗證，可以將問題范圍縮小到信號發生器與電臺之間某個環節。于是先從音頻信號發生器這一源頭開始著手。設置音頻信號發生器音頻頻率1 kHz，信號幅度10 mV，然后將信號發生器音頻輸出直接連接到綜合測試儀音頻分析接口。觸發信號發生器音頻輸出，發現綜合測試儀能夠立即檢測到此音頻信號。進一步分析發現信號頻率、幅度等參數值都正常。這樣，排除了音頻信號發生器自身故障（X21）。剩下唯一的可能原因就是信號發生器與電臺話筒接口之間這段傳輸的問題了（X22）。

該型超短波電臺“話筒/耳機”接口采用的是7 芯航空插頭，型號Y50X-1007TK2，話筒接口插頭如圖4 所示。按照以往的經驗，容易發生插頭內部芯線斷路或者接觸不良的情況。于是拆開接頭檢查連線發現無明顯異常。且利用此連接線檢測電臺可以正常接收信號，至此可以排除底層事件（X221）。

圖4 話筒接口插頭

現實情況中，由于設備生產廠家為了維護自己的核心技術以及追求各自的經濟利益，在一些技術細節實現方面存在差異。尤其對于一些特殊裝備，通常產量較少，涉密性較高，所以，不同裝備從技術原理設計到物理實現，差異巨大。即使是相同廠家的不同產品，甚至同型產品的不同版本之間都有一定的差異。這就要求裝備保障部門能夠清楚這些差異所在，以及由此帶來一定的困擾。由于在電臺測試工作中使用的該型超短波電臺是之前某型的改進型，裝備從外觀看使用相同的射頻接口、音頻接口型號，且進行裝備的首次測試。因此直接使用的前一型電臺測試夾具工裝。另一方面，接收功能測試良好，而發射功能測試不匹配，分析需要探究話筒接口的接線定義。通過查閱該新型超短波電臺技術資料，果然如此。話筒接口接線定義見表2，新型電臺話筒接口中通過“PTT”引腳電位高低來控制音頻收發轉換，而改進前型電臺收發轉換直接通過送受話器手柄控制，即手柄內部電路控制收發通斷。至此，發射功率測試失敗的原因也一清二楚，即測試工裝未處理“PTT”，導致音頻信號發生器的信號未送入電臺（X222）。

表2 話筒接口接線定義

3 工裝設計與驗證

對于上述情況，通常為了節省時間采取的做法是改造一個新的送受話器，即從一個與之匹配的送受話器接頭處找到收發兩根接線（引腳2 與引腳3），從中額外并行引出兩根引線作為測試用音頻輸入輸出接口，利用送受話器的PTT 按鍵實現收發控制。但是該方法有兩個弊端。其一額外增加一個送受話器的開銷；其二對于信號有一定程度的衰減，影響指標測試結果。于是，借助于裝備技術說明的原理進行分析，PTT 控制電平為低電平時，話筒接口轉換為發送狀態；高電平時為接受狀態。默認狀態為收信狀態。設計簡易PTT收發控制裝置原理如圖5 所示。當開關撥到發一側，PTT 引腳處于低電平，發射3 通路打通；當開關撥到收一側，電臺處于接收狀態。

圖5 接口電路原理

經過多次驗證發現，該裝置可以完全實現音頻收發控制，音頻信號可以正常從接口輸入。電臺發射功率測試結果正常。

4 結束語

裝備技術指標測試是裝備保障工作中的重要環節。針對目前生產廠家眾多、裝備型號復雜、技術手段各異的現實狀況，技術指標測試中對于測試工裝的調試占據了大部分工作。因此，針對一次測試工作中遇到的問題建立故障樹模型，從頂層事件逐步排查到底層事件，逐步找出原因所在。說明基于故障樹分析法的問題解決方式切實可行。另外，針對實例中的問題，制作測試工裝，節省一定的測試成本。