雷达故障自动修复设计

孙国强

(中国电子科技集团公司第三十八研究所 合肥 230031)

0 引言

雷达作为一个大规模的电子产品，在使用过程中出现部分设备性能下降或故障的可能性很大，但使用人员最主要的工作是目标录取跟踪，而对于雷达状态的日常监测主要靠观察进行，这导致不能及时的预防或发现并排除雷达故障，限制了雷达的可用度。为了提高雷达在使用过程中的可用度，建立完善的监控和自动修复系统是一个很有必要的研究。

1 传统检查修复方法

1.1 定期维护检查

雷达是一部技术含量高、设备复杂的高技术武器装备，在使用过程中可能会由于器件老化、使用不当等原因导致部分设备性能下降，定期维护检查就是利用外部测试仪表等设备发现性能下降、但尚能使用的情况［1］，通过加注润滑油等维护措施预防雷达故障的发生，保障雷达设备执行任务的可靠性。

1.2 故障自动定位

现代雷达系统中，机内故障自动检测定位技术装置发挥着重要作用，利用嵌入式计算机和网络技术的特点［2］，结合各个组成系统设备的检测电路，进行分布式检测、集中控制处理的方法，在不影响雷达系统正常工作的前提下，不间断地对全机工作状态进行监视［3］，并对可更换单元的故障信息进行采集，经比较关联分析给出故障报警信号，实现雷达系统的故障自动定位，并将故障报警信息显示在监控显示界面上，提示发生故障的可更换单元位置，减少操作人员的维修时间。

1.3 经验判断

有经验的操作人员在使用过程中对雷达发现目标的距离、高度等情况进行比较分析，能够在故障发生前发现设备性能下降的情况，但这需要操作人员长时间的使用经验积累，而对于设备复杂的雷达而言，要求操作人员凭借经验发现各种故障是很困难的。

1.4 传统方法比较

定期维护优点是可以在检查维护过程中通过指标测试发现性能下降的情况，能够在故障前有效发现并排除故障隐患，但由于间隔时间长，不能实时监测雷达状态;故障自动定位可以及时发现故障，在不使用外置仪表的情况下，能够实时监测系统的工作情况，显示发生故障的可更换单元位置，减少操作人员的维修时间，但由于故障的突发性，导致发生故障后必须停机检查维修;经验判断能及时发现设备性能下降的情况，兼顾了定期维护和故障自动定位的优点，并可以根据情况决定是否停机排除，但对操作人员的经验要求高;以上几种方法均能够有助于发现和排除雷达故障，但也具有一定的不足，并且由于故障的突发性，可能会对雷达装备的任务可靠性产生一定的影响。

2 故障自动修复设计

雷达故障自动修复设计就是在系统发生故障时，利用雷达设备的功能冗余，在计算机控制下完成系统的重构，保障雷达装备的任务可靠性［4］。雷达故障自动修复设计必须以可靠完善的性能状态监测为基础，在此基础上通过充分的冗余设计和可靠地智能处理控制切换，减少雷达故障停机检修时间。

2.1 系统设计

故障自动修复是在雷达设备发生故障时，在计算机的控制下第一时间启动冗余设备，保证雷达系统的正常工作。

故障自动修复的系统设计包括硬件和软件两部分。硬件部分包括数据采集传感器、数据处理模块、监控计算机等设备;软件主要是在硬件平台上实现状态特征提取、故障相关、控制修复等功能。数据采集传感器主要完成雷达各个系统运行的参数采集任务;数据处理模块将传感器提取的数据进行处理，并与设计标准数据进行比较，将处理后的特征值输出给监控计算机，监控计算机进行状态的相关处理，并判断是否需要报警或启用冗余设备。

2.2 状态采集处理

可靠的状态采集处理是故障自动修复的基础，是利用各个组成系统中的检测电路，通过网络和微机接口，进行系统性能的分布式在线检测，并将状态信息输出给集中式控制处理计算机［5］，如在速调管损坏时，一般会出现发射功率下降的情况，通过功率检测模块实时检测速调管的输出功率，功率检测模块将功率信息发送给控制计算机，并在计算机中与预设的标准值进行比对，发现功率下降情况，预测故障的发生。从处理数据的集中程度分为集中处理和分布处理。

图2 状态分布处理示意图

以上两种处理各有优缺点，集中处理方法数据传输量大，分布式处理方法将会增加雷达设备量;结合雷达设备量大、结构空间小的特点，在雷达的状态采集处理上可以采用分布式传感器采集状态数据信息、分层集中式数据处理的方法［6］，兼顾了集中处理和分布处理的优点。

图3 分布采集、分层处理示意图

分布式传感器采集状态数据信息、分层集中式数据处理的方法既能较多地保留传感器的原始数据，又能降低数据传输和处理压力;并且状态数据处理设备比较分散，可以合理利用雷达空间，缓解了雷达空间有限的压力。

2.3 冗余设计

冗余设计是提高设备可靠性的有效措施之一，它可以在单个组件或系统发生故障时不影响系统整体执行任务的可靠度［7］，尤其是在系统无法停机维修时，系统的冗余设计就显得更加重要;冗余设计一般包括并联冗余、串并组合冗余、并串组合冗余等多种形式。

并联冗余是有N 个功能性能相同的工作单模块并联组成，只要有其中1 个工作模块有效，系统均能正常工作，但随着N 的增加，设备的成本、重量、体积也成比例增加，在实际设计中固定站雷达采用并联冗余设计时一般将N 取值为2，但对于机动雷达来说，重量、体积的增加意味着机动性的降低，所以一般采用串并组合冗余或并串组合冗余，由于串并组合冗余设备量大，并串组合冗余的设备连接关系复杂，所以一般采用两种冗余方法的组合增加系统的可靠性。

图5 并串冗余示意图

2.4 故障自动修复控制

在可靠地状态采集处理的基础上，监控计算机利用冗余设备完成故障的自动修复。

如在某雷达中，功率检测模块在发现速调管功率下降到一定限度时，控制计算机提醒操作人员进行检查维修排除，如果再下降到一定限度以至于发生故障时，控制计算机启动热备份发射机，在最短时间内完成设备的切换，保证系统的可靠工作(见图6)。

图6 自动修复示意图

2.5 故障自动修复方法的使用限制

故障自动修复设计必须建立在可靠地状态采集和故障判断的基础上，故障覆盖率、隔离率或准确率低，将严重会影响故障的自动修复功能的实现，并且当控制计算机可靠性低时甚至会影响雷达系统本身的可靠性。

冗余设计在高可靠的控制计算机的控制下能够提高雷达的任务可靠性，但冗余设计增加了系统的设备量，以致于增加系统的重量和经费，甚至影响雷达的机动性。

所以，故障自动修复设计必须采用高可靠的控制计算机和数据采集传感器;在此基础上，对冗余设计进行优化，在满足雷达设计的成本、重量、机动性要求的情况下，提高雷达系统的任务可靠性。

3 结束语

本文分析了传统故障修复方法的优缺点，在以可靠的状态采集处理和充分的冗余基础上，利用监控计算机控制雷达系统的自动修复，减少了操作人员的检修时间，降低了维修使用成本，保证了雷达的作战性能的发挥，并提出了故障自动修复方法的使用局限。在无人值守和少人值守的雷达设计上具有十分重要的参考意义。

［1］华桂琴.电子对抗与雷达目标模拟器的维护［J］.舰船电子对抗，2004，27(3):39-40.

［2］曾锐利，肖云魁，周建新，韩俊淑.汽车远程故障诊断与维修系统研究［J］.电子测量技术，2009，32(7):129-131.

［3］王燕.一种远程相控阵雷达的自动化测试与故障诊断方法［J］.电子测量技术，2010，33(1):129-132.

［4］刘建，冯雷星.某型航空发动机容错控制仿真研究［J］.电子测量技术，2010，33(5):22-24.

［5］金鑫，任献彬，周亮.智能故障诊断技术研究综述［J］.国外电子测量技术，2009，28(7):30-32.

［6］赵继承等，雷达系统测试性设计［J］.雷达科学与技术，2009，7(3):174-179.

［7］张送保等.基于冗余的复杂体系动态适应性结构设计研究［J］.国防科技大学学报，2017，29(5):132-138.