电子侦察系统可靠性指标研究

【摘要】 介绍了典型电子侦察系统的基本组成，给出了其基本可靠性模型和几种常见的任务可靠性模型。利用假定的失效率参数简单预计，分析了对应模型的可靠性指标，为电子侦察系统制订了科学合理的可靠性指标提供参考和借鉴。

【关键词】 电子侦察系统;基本可靠性;任务可靠性

【DOI编码】 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

可靠性是定量評价军用装备使用水平的重要技术指标之一。目前装备的可靠性指标基本都是基本可靠性（MTBF），对应的分配方法较多，也比较成熟，比如：等分配法、比例组合法、评分分配法、考虑重要度及复杂度的分配法、可靠度再分配法等[1]，装备设计过程也多以提升基本可靠性指标为目标。

电子侦察系统作为获取敌方电磁参数的武器系统，在现代战场电子情报获取中发挥重要作用。随着电子侦察技术的发展，电子侦察系统执行的任务从过去单一的威胁告警发展到集远程预警、威胁告警、情报收集、频谱监视、引导干扰、个体识别于一体。因此仅仅用基本可靠性指标来衡量一个复杂的电子侦察系统的可靠性水平，显然不够全面和科学。所以针对不同的任务剖面制定不同的任务可靠性（MTBCF）指标具有十分重要的意义。然而在实际工程应用中，任务可靠性分配也存在着分配技术不成熟，分配方法复杂等问题。在分配的过程中必须考虑系统功能关系、系统的多任务剖面、冗余设计等因素，特别是同时进行基本可靠性与任务可靠性指标的分配时，还必须考虑二者的关联性，使得分配工作更加困难。

本文从电子侦察系统的典型任务出发，分围绕不同任务剖面下各分系统基本组成与架构，在假定个分系统失效率的前提下得出基本可靠性与任务可靠性值，进而分析两者之间的关联性，为电子侦察系统可靠性指标的制订提供参考和借鉴。

1 电子侦察系统的基本组成及主要任务分析

目前国内外的电子侦察系统按照功能划分，基本由天线、微波接受、型号处理、数据处理、情报分析、电源等分系统组成。其基本组成框图见图1所示。

典型的电子侦察设备频率通常覆盖分米波至毫米波频段，一般按照频段Ⅰ、频段Ⅱ、频段Ⅲ和频段Ⅳ进行分频段工作。其中天线分系统、微波接受分系统、型号处理分系统、数据处理分系统和电源分系统通常各个频段能够独立工作，其基本组成见图2-图6所示。某些电子侦察系统，为了具备更高的性能，在频段Ⅱ和频段Ⅲ的微波接受分系统和型号处理分系统采用瞬时测频全宽开接受体制和高灵敏数字信号信道化技术体制，其常见的组成框图见图7所示。

2 电子侦察系统的可靠性建模

2.1 任务可靠性建模

任务可靠性建模是用来估计系统在执行任务过程中，完成其规定功能的能力。因为任务可靠性强调规定的“任务剖面”和完成任务的能力。因此，建立模型最主要的问题是确定任务剖面[2]。一个系统其基本可靠性框图是唯一的，而任务可靠性框图则因任务不同而变更，应根据不同的任务和任务剖面，得出其任务可靠性框图[3]。下面针对图1所示的典型电子侦察系统，给出几种常见的任务可靠性模型。

2.1.1 ESM任务可靠性模型

对于一个典型的电子侦察系统的ESM任务而言，其主要功能是实行对雷达信号的接受、测量、分选和识别，对应的可靠性框图见图8所示，图中天线分系统、微波接受分系统、信号处理分系统、数据处理分系统和电源分系统包含频段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个子频段。

2.1.2 干扰引导任务可靠性模型

对于典型的电子战系统，其干扰引导任务一般在频段Ⅲ，对于电子侦察系统来说其干扰引导任务可靠性框图如图9所示。

2.1.3 ELINT任务可靠性模型

对于情报分析任务而言，其工作频段主要集中字频段Ⅰ、Ⅱ和频段Ⅲ，对于电子侦察系统来说其ELINT任务可靠性框图如图10所示。

2.2 基本可靠性模型

基本可靠性是指产品在规定条件下无障碍的持续时间或概率。它反映系统对维修人力的要求，考虑了系统所有寿命单位和故障，其失效率数据可以作为考虑维修和保障的依据[4]。显然，组成系统的任何单元（包括储备单元）发生故障后都需要维修或更换，因此，系统中的一切功能单元组成了一个全串联模型，及储备单元越多，系统的基本可靠性越低。对图1所示的电子侦察系统的基本可靠性框图如图11所示。

3 可靠性预计及分析

3.1 可靠性预计

本文研究主要为了便于电子侦察系统方案阶段可靠性指标的确定。因此，在可靠性预计过程中采用相似产品法进行预计。表1中给出了典型电子侦察系统各分系统失效率参数（表中参数非实际值，为方便后续预计的假定值）。

在任务可靠性预计的过程中，除了给出任务剖面之外还需要明确对应的故障判决。表1中的失效率实际应用过程中应该采用元器件应力分析或者相关验证试验得到的数据，包含了实际电路中的自检单元和备份单元的失效率。在实际论证、设计及应用过程中，各分系统中的自检单元通常不会影响任务的执行，而备份单元却可以提高任务可靠性，因此在任务可靠性预计过程中需要考虑到对应的失效率，其可靠性模型通常为串并级联模型。本文主要为了分析电子侦察系统的不同任务下的可靠性指标的差异，为后续电子侦察系統可靠性指标的确定提供参考。因此在下面的任务可靠性预计过程中，不在考虑各分系统的自检单元和备份单位，仅利用表1中的参数，预计出各任务剖面的大致可靠性指标。

下面采用表1中的数据对本文中前面提到的典型电子侦察系统的基本可靠性和典型任务的任务可靠性进行预计，其预计数学模型见下式。

λs=λ1+λ2+…+λN （1）

其中式中[λs]为基本可靠性或任务可靠性（利用式1计算任务可靠性的牵头为各分系统不存在备份设计）对应的失效率;[λ1]、[λ2][…][λN]分别为各个分系统的失效率;对应的基本可靠性或任务可靠性指标为1/[λs]。

当为满足某一任务可靠性指标时，设备可能采用备份设计，现结社分别对失效率为[λ1]和[λ2]两个分系统进行备份，备份分系统的失效率分别为[λ11]和[λ22]，则此时系统的基本可靠性指标和对应的某任务可靠性指标的预计数学模型分别为式（2）和式（3）。其预计结果见表2所示。

λs=λ1+λ11+λ2+λ22+…+λN （2）

λs1=λ1λ11λ1+λ11+λ2λ22λ2+λ22+…+λN （3）

3.2 预计结果分析

从表2中的预计可以看出基本可靠性及各个任务的可靠性均不相同，在实际的电子侦察系统的设计过程中，可根据系统的指标要求，对相应电路进行简化设计、备份设计或提高关键器件的可靠性指标，从而实现提高基本可靠性指标或任务可靠性指标;采用不同的设计方式，对可靠性指标的影响也不同，例如某电子侦察系统的主要使命任务是干扰引导，为了提高干扰引导的任务可靠性，采用对对应的微波接受分系统和信号处理分系统进行备份设计，备份设计后，利用表1的参数进行预计，干扰引导任务可靠性指标为5235.6小时，基本可靠性指则变为1006小时，与备份设计之前相比，干扰引导任务可靠性指标答复提高，但基本可靠性指标降低，此时ESM侦察任务、情报分析任务的可靠性指标均有提高;如采用提高关键器件的可靠性指标，使得频段Ⅲ微波分系统的失效率由表1中的100×10 e-6/h，降低到90×10 e-6/h，则整机的基本可靠性指标和各任务可靠性指标均得到提高。

在实际设计过程中，采用备份设计方式提高任务可靠性指标，则需要增加相应的硬件模块，进而导致设备的体积和重量的增加，在机载和弹载等体积和重量有严格要求的侦察系统中，这种设计方式难以实现;由于受到材料、制造工艺等因素的影响，某些关键器件的可靠性指标长期保持在一个相对稳定的范围内，无法大幅度提高，故通过提高关键器件的可靠性指标达到提高系统的基本可靠性指标或任务可靠性指标的设计方式实现起来也相当困难。

综上分析，可以得出系统的基本可靠性与系统的复杂程度有关，而任务可靠性与系统执行任务相关，二者之间无必然联系。因此在方案论证阶段，可靠性指标的提出时，需要充分考虑整个系统的主要使命任务，设备规模等因素，统筹兼顾，提出合理的可靠性指标，可以针对多个不同的任务，提出多个不同任务可靠性指标，从而方便后续的技术设计工作开展。

4 结语

本文介绍了典型电子侦察系统的组成，分析了其主要的任务并给出了基本可靠性模型和多种任务的任务可靠性模型，并给出了数学计算模型。利用假定的失效率参数预计分析了每种任务可靠性指标，简单地分析了基本可靠性和任务可靠性之间的关系。为指导后续的电子侦察系统的可靠性指标的论证可靠性设计工作具有一定的参考意义。

【参考文献】

[1]    曾声奎.任务可靠性指标分配的比例组合法及评分分配法[J].航空学报，1995（S1）：15-19.

[2]    吴利荣，王建华.基本可靠性和任务可靠性模型研究[J].现代制造工程，2004（5）：24-25+37.

[3]    吴德铭，李守仁，王善等.船舰产品可靠性工作可靠性设计[M].哈尔滨工程大学出版社，1995.

[4]    王喆峰，薛霞.雷达系统可靠性参数选择与指标确定的探讨[J].雷达与对抗，2006（3）：66-69.

【作者简介】

马晓峰（1986-），男，工程师，研究方向为质量检验、质量管理。