基于某型组合接收设备的新型故障树诊断方法

梅帅 程明 仵杨

（凌云科技集团有限责任公司 湖北省武汉市 430040）

1 引言

某型组合接收设备是具有仪表着陆系统（ILS）功能、微波着陆系统（MLS）功能、甚高频全向测位（VOR）功能、指点信标功能的机载设备，主要用于飞机的导航及进场着陆引导。采用软件无线电、总线、频率合成（DDS、PLL）、大规模数字信号处理、微处理器等多项技术，具有体积小、重量轻、功耗小、功能齐全、精度高等特点。因其应用领域环境不同，所呈现诸如故障率高，故障现象差异大，快速故障诊断难度大等问题。因此在对该产品进行完整功能检测的基础上，准确定位并有效隔离故障，合理制定和优化诊断决策是保障无线电通信系统能良好运行的坚实基础。

故障诊断是利用检测技术对被诊断对象在运行阶段输出的各类状态信息进行综合判定和处理，是监测对象运行状况健康与否的综合判定手段。分析故障诊断机制的推理过程，可初步知晓故障源与故障现象之间的内在关联，为故障诊断提供数据基础。推理机制的逻辑性、有效性和通用性是体现其可行性的重要标志，也是工程应用阶段的有力支撑。

2 某型组合接收设备故障的特点

某型组合接收设备各功能子系统主要通过技术协议、技术规范等方式定义子系统与系统、系统与主机的接口交联关系。通过分析各功能子系统的工作原理、工作方式及典型故障现象，某型组合接收设备典型故障主要表现在以下几个方面。

2.1 结构/功能的层级性

某型组合接收设备各功能子系统设备通常由控制模块、频综模块、主接收模块、发射模块、解算模块、信号处理模块、激励模块及功放模块等组成的多层级复杂系统，其故障的产生与结构存在特定联系，表现出层级性。

2.2 混沌性

该型产品出现的故障及其产生的原因有时是难以确定、混沌不清，尤其是一些偶发性故障和机上交联故障，较难复现，且导致故障的原因通常是多因素综合影响作用的结果。

2.3 子系统间的传播性

该产品由各功能子系统组成，且相互交联，因此局部故障易引起另一局部乃至于整体的故障。某些功能模块的故障是由其他位置的元器件或组件故障传播所致，使得故障呈现传播性。

2.4 故障信号的复杂性

该型产品内部接口多，交联的信号种类多。导致产品出现故障的信号通常可归为三类：模拟量、数字量、离散量，且彼此关联、复杂。

3 传统故障树诊断机制

传统故障树诊断机制主要包括性能检测、故障类型判定、故障定位及故障排除四个方面的内容。故障检测通过与被测系统建立连接后，对性能参数的测试，对输出结果进行故障判定，测试的结果称为“症状”；故障定位则是当判定出现故障后，运用合适的故障诊断方法，分析故障现象及性能参数测试结果，确定故障部位；根据故障原因，采取合适的排故措施，使系统恢复正常。

以某型组合接收设备出现VOR 模式下灵敏度指标超差为例，通过产品工作原理、及相关维修资料，可制定基于传统故障树的故障排除思路，诊断机制如图1 所示。

图1： 传统故障树诊断机制示意图

从图2 可知，导致该故障大致可分为三种可能性，一是一本振电路故障，二是第一中频放大器故障，三是检波电路故障。由于产品“症状”的信息种类多且相互关联，传统故障树诊断机制大多是基于信号处理或基于经验的诊断方法，覆盖性、通用性较差，诊断效率低下。因此传统的故障树诊断无法满足需要。再者，其测试点众多，内场可更换单元及附属电路的原理及工作方式差异很大，用单一方法对症状进行处理是无法实现的。为了实现对复杂系统的故障诊断，提出了一种新型故障树诊断推理机制。

图2： 航向接收通道原理框图

4 新型故障树推理机制

通过上述关于某型组合接收设备出现VOR 模式下灵敏度指标超差的故障特点以及对传统故障树诊断机制的分析，发现单一故障诊断方法对该产品总体排故效果不佳，对不同类型、不同现象的故障需积累经验或选用不同的故障诊断方法才能实现较高的故障诊断置信度，因此，探究一种新型的故障树推理机制对提高效率尤为重要。其逻辑顺序与传统的故障树诊断机制相反，通过假设故障预先隔离、性能检测、故障判定的顺序进行。新型的故障树推理机制如图3 所示。

图3： 新型故障树诊断机制示意图

4.1 新型故障树诊断机制的诊断步骤

新型故障树诊断机制的逻辑顺序与传统的故障树诊断机制相反，具体步骤如下：

（1）确定需要被诊断的故障模块，等同于对故障现象初步进行故障预隔离，系统各个模块通常都有其固定的检测集。

（2）对所确定故障模块进行信号指标逐项测试比对，在故障分析阶段针对各个模块通过已掌握的成熟经验制定针对性强及有效的故障诊断方法。通过对比检测结果并运用正确的诊断方法进行故障定位。判定结果一般步骤为：

1.通过所采用的故障诊断方法确定存在故障的模块，分析并研判对其他关联模块的影响趋势，制定合适的解决措施。

2.通过选定的故障模块信号比对检测，若检测结果均符合要求，故障现象依旧时则可判定为出现故障耦合。此时，诊断与之相关联的故障模块通过故障解耦等手段来处理。

4.2 新型故障树诊断机制的应用

同样以某型组合接收设备出现VOR 模式下灵敏度指标超差为例，按照上述新型故障树诊断机制的诊断步骤，具体故障排除过程如下：

4.2.1 预选故障模块

通过该产品工作原理、相关维修资料以及已掌握典型故障排除的经验，根据该故障现象可预先选择接收机中航向接收通道，根据航向接收通道工作原理可大致分为：一本振模块、第一中频放大模块、检波电路模块。

4.2.2 预选故障模块的检测集测试比对

选定的预选故障模块具备其特定的检测集，由图3 可知，通过对一本振模块测试点2XJ6 可测得一本振模块输出信号波形及相关电信号数值；通过对第一中频放大模块测试点2XJ8 可测得第一中频放大模块输出信号波形及相关电信号数值；通过对检波电路模块测试点2XJ13 可测得检波电路模块输出信号波形及相关电信号数值。通过对AGC 电路测试点可测的形成检测集结果数据表，见表1。

表1： 预选故障模块检测集数据表

4.2.3 故障判定

通过表1 中相关波形及数据比对正常信号结果，见表2。通过信号比对可判定一本振信号模块信号异常，进而可判定一本振故障模块故障。

表2： 预选故障模块检测集数据对比结果

4.2.4 故障耦合及解耦

若预选模块实测信号均正常，则需通过判断故障耦合部位，通过故障解耦等方法进行排故，如若上述三模块信号均正常，故障依旧，则出现故障耦合，调用关联故障模块的检测集信号，比对判断可能出现故障耦合部位，进行故障解耦。某型组合接收设备关联故障模块通常包括：AGC 电路模块、混频模块、滤波电路模块等。

5 新型故障树诊断机制方法的可行性

基于上述分析及实际应用，在某型组合接收设备中运行新型故障树诊断机制基于以下三个方面考虑的。

5.1 降低系统级症状判定的复杂性

因该产品集成度高，测试项目多，所呈现的症状集较大，不同症状集排除方法不同，若采用传统的故障诊断机制，故障判定及诊断难度较大。因此运用新型故障树诊断机制可将系统症状集预先分类隔离，有效的缩减数量，合理运用预设隔离的故障模块的检测集进行故障判定可降低系统级症状集判定的复杂性。

5.2 实现了功能模块化的故障分类及隔离

故障耦合是航电产品故障诊断的关键技术难题，传统的故障诊断机制通过逐项功能测试，比对分析，将超差指标归入“症状集”，通过原理及功能分析定位至功能部位。而发生故障耦合时，就需添加新的症状集，使得推理过程的“故障树”结构间产生交联，形成交联复杂的“网状”结构。运用新型故障树诊断机制，预设可能出现的故障模块，通过对各模块检测集的测试比对，同时分析选取测试并记录对用来解决耦合的部分数据。可预先降低故障耦合，并将“症状”隔离至各功能模块，有效的提升了故障诊断的置信度。

5.3 建立系统级故障诊断模型

由于该产品各功能模块的工作原理存在差异，采用传统的故障诊断机制，很难确定一种适用于症状集合的常规故障诊断方法，故无法建立系统级诊断模型。运用新型故障树诊断机制，可有效地整合提炼针对系统各功能模块检测集的故障判定及定位方法，从而可实现建立局部—整体的系统级诊断模型。

6 结束语

新型故障树诊断机制在有机整合各类故障诊断方法的基础上，吸收成熟的修理经验数据，建立科学通用的故障诊断模型，通过预设故障模块对故障进行预隔离，将系统级“症状”进行科学的分解成若干相对独立单元，达到简化推理过程的目的，实现对被测系统故障的优化诊断。