基于故障树的雷达故障诊断方法研究

摘要：文章对故障树技术在雷达故障诊断中的应用进行了研究。首先简要介绍了故障树分析方法和构建故障树的步骤，然后以发射机为例构建了故障树，并对其进行定量和定性分析。使用故障分析可以幫助雷达维修人员尽快完成雷达故障的定位和维修，并全面理解系统故障现象和故障原因间的联系。

关键词：故障树；雷达故障；诊断方法；研究

引言

近些年来，随着雷达技术的快速发展，各种新技术、器件和工艺在雷达装备的设计制造中得到了广泛应用，使得新型雷达结构的复杂度逐渐加深，各系统间的联系越来越密切，增加了对雷达故障的诊断难度。因此，应加大对雷达故障的诊断研究。作为故障诊断领域常用的方法，故障树分析法在雷达电子设备维修中比较适用，可帮助维修人员对故障原因进行准确判断，进而增强故障诊断效率。

1、故障树分析方法

故障树分析法是一种可靠性和可用性较强的预测方法，在工程实践中得到了广泛应用。在设计系统的过程中，通过分析对系统失效的可能性因素，如软件、硬件、人为、环境等因素，画出逻辑框图（即故障树），以更好的确定系统失效原因的各种组合及出现概率，同时使用有效的方式将系统失效概率计算出来，并采取科学有效的纠正措施，以进一步增强系统的安全性和可靠性水平。

将系统级别的故障现象称为顶事件，而最基本故障原因称为底事件，两者之间的内在关系以树形网络图的形式表示，各层事件之间则通过“与”、“或”、“非”、“异或”等逻辑运算的关联性进行表示。在故障树的模型的基础上，可以定量和定性的分析系统，而从观测到顶层故障现象出发，逐步向下演绎，最终找出与底层故障相对应的原因过程称之为故障诊断。该方法主要是将系统故障与组成系统部件故障进行结合，并有层次的描述系统在实效进程中各种中间事件之间的相互关系。实际上，可以将故障树模型看做是诊断描述对象结构、功能与关系之间的定性因果模型，可以将故障传播过程中的层次性和子节点体现出来，同时还能表现与父节点之间的因果关系。

2、故障树构建

首先，做好系统各组件功能、原理、结构、故障状态、因素、影响等的全面分析，并对其进行深刻的理解，找出一个不希望出现的顶层事件，之后找出各级事件全部出现的可能直接原因，对各类事件及其逻辑关系使用故障树的符号进行表示，直到找出各类底事件位置。构建故障树可从以下四个步骤出发：

（1）熟悉系统

在使用故障树对一个系统进行分析前，建树者需深刻了解系统功能、结构原理、故障状态、故障原因、影响因素等方面的问题，并对系统相关的技术资料进行收集，这些是建树的基础性工作。

（2）确定顶事件

可结合研究对象选取顶事件，通常情况下，系统不希望出现的故障事件就称之为顶事件，为了对其进行全面分析，需对顶事件的定义进行明确，以实现定量评定和系统故障原因。对于一个系统来说，可能有多个不希望发生的事件，此时可以建立多个故障树，但是一个故障树只能从一个不希望出现的事件进行分析，而建树的起始时间应选择与设计、分析目的相关性最大的事件，这也就是顶事件。

（3）构建故障树

从顶事件的角度出发，对各级事件全部可能出现的直接原因逐级查找，并选择故障树符号对各类事件及其逻辑关系进行表示，直到找出底事件为止。若系统较为复杂，即使构造一颗故障树也是一项巨大的工作量，此时就可通过两种方式进行故障树的构建。其一是人工建树，该种类型的建树以演绎法最为常见，也就是对系统各级故障事件实行逻辑推理；其二是计算机辅助建树，该种类型的建树仍旧是活跃的研究课题。

（4）简化故障树

在构建完成故障树后，应从故障树的最下级开始，逐级写出上级与下级事件之间的逻辑关系式，直至写到顶事件为止。同时根据逻辑运算算法，对运算进一步分析，将多余事件及时删除。

3、故障树在雷达故障检测中的应用实例——以发射机为例

3.1建立雷达发射机故障树

首先，雷达发射机会通过一定的部件将高频信号放大，之后将射频和天线结合，辐射高频无线信号，这些信号经过特定功放电路处理后，而处理部件出现故障问题的概率较大。利用故障树分析法，来分析该系统，并将重点放在分析发射机模块上。

顶事件T代表发射机出现故障的概率较小且能正常运行的情况；U1是中间事件，表示发射机出现故障概率较小同时能将所需的射频信号发射出去，U2表示电源出现故障；U3表示发射机功率放大故障。X1是底事件表示频率控制出现故障，X2表示信号调制故障，X3和X4代表功率放大故障；X5和X6代表电源故障。

3.2分析结构函数及重要度

根据上述计算结果表明，因为事件3、4、5、6存在冗余设计，出现故障的概率不断下降，使得故障的发生率有了很大程度下降，在优化该系统中做出了重大贡献。所以，在设计雷达的过程中，对于雷达安全性较低，出现故障较大的元件做好冗余设计，以降低系统故障概率。在对雷达发射机和大型设备的检测维修中，需对故障事件出现概率进行排序，逐一做好检查维修和优化处理，以节约人力物力，减少诊断故障事件的出现。使用故障树对雷达故障进行诊断维修，确保生产的高效便捷性水平，进一步增强经济效益。

结论：

综上所述，将故障树分析法应用到雷达故障诊断中，可准确定位系统故障部位，进而找出故障原因，维修人员应对故障现象和故障原因间联系进行全面理解。与此同时，为了进一步增强维修人员对雷达装备的了解程度和维修能力，应直观地勾画出雷达系统结构、原理和功能关系。

参考文献

[1]王飞.基于故障树的雷达故障诊断方法研究[J].信息化研究，2016，42（3）.

[2]李华.基于故障树的雷达故障诊断方法研究[J].无线互联科技，2019（1）.

作者简介：舒斌（1988-），男，纳西族，云南香格里拉人，本科学历，助理工程师，从事新一代天气雷达维护保障工作。

（作者单位：云南省大气探测技术保障中心）