基于故障二叉树的雷达发射机故障诊断*

潘胤圭 刘仲博 郝 烨 章鹏飞 万 政

（西安卫星测控中心 西安 710043）

1 引言

随着现代雷达技术的迅猛发展，雷达各分系统迭代更新速度不断加快，传统故障诊断技术已难以满足快速定位故障原因的现实需要。当前，航天发射测控任务越来越重，密度也越来越高，需要对雷达故障诊断技术开展更加深入的研究，确保航天发射测控任务取得圆满成功［1～2］。

发射机分系统作为雷达重要分系统之一，主要将射频激励源所产生的小信号放大到所需要的功率电平。在雷达自动化运行过程中，由于线缆松动、雷击导致发射机零部件损坏、电流过大导致保险丝烧坏等原因都可能会造成雷达发射机故障，常见的故障有发射机无法自动上高压、无法远程自动加水冷、末级输出波形异常等［3］。

作为故障诊断方面的一个有效工具［4］，故障树已广泛应用于雷达发射机故障诊断［5～8］。该方法将雷达发射机故障现象作为顶层，对造成故障的可能原因进行逐层分解剖析，得到树状结构图，即故障树［8］。当故障树之间结构差异较大时，故障树分析法既不利于计算机存储和检索各故障树节点元素，也难以给出相对统一的诊断推理算法实现对每个故障树的诊断推理［9］。

由于二叉树结构统一并且树都能够等价转化为二叉树［10］，故障二叉树分析法在近年来多被用于解决故障诊断规则的有效存储问题［11～12］。然而，在雷达发射机故障诊断方面，还缺少基于故障二叉树的有效故障诊断方法。

针对这一问题，本文提出一种故障二叉树节点编码方法，并基于节点信息（节点编码、节点事件和节点类型）建立雷达发射机故障二叉树库，再利用故障二叉树诊断算法对雷达发射机故障进行故障定位，最后利用研制的基于故障二叉树的故障诊断推理模块检验了方法的应用效果。

2 故障二叉树的建立

根据故障树与故障二叉树的转换规则，故障二叉树的具体构造方法［9］如下：

1）将故障现象作为根节点；

2）将第一父节点作为根节点的唯一孩子，用于判断故障原因；

3）对于每一个父节点，用左孩子存放父节点肯定回答的结果，即发生故障概率相对较大的情况；用右孩子存放父节点否定回答的结果，即发生故障概率相对较小的情况。

重复上述步骤不断生成节点，直到所有情况都产生为止。

在对某型雷达发射机分系统工作原理进行详细的了解后，以发射机末级输出波形异常这一故障现象为例，按照上述构造方法得到如图1所示的发射机末级输出波形异常故障二叉树实例，各节点所对应的节点事件详见表1。

表1 图1所示故障二叉树各节点所对应节点事件

图1 发射机末级输出波形异常故障二叉树实例

3 故障二叉树节点编码方法

在用数组或链表等方式处理二叉树集时，节点存储方式较为复杂且检索定位困难［8］。为有效解决该问题，不同于故障二叉树节点左右值编码方法［8］，本文提出了一种全新的故障二叉树节点编码方法。

1）不考虑根节点，将第一父节点的编码值设定为1；

2）对于子节点，若其为某个父节点的左孩子，则在其父节点编码值后添加1作为其编码值；若其为某个父节点的右孩子，则在其父节点编码值后添加2作为其编码值。

根据该故障二叉树节点编码方法，图1所示的故障二叉树的节点编码如表2所示。

表2 图1所示故障二叉树节点编码

由表2不难发现，该故障二叉树节点编码方法使故障二叉树各节点与其编码值一一对应，既有利于故障信息存储与节点定位，也有利于软件编程设计实现。

在进行故障二叉树诊断推理前，还需要将每个故障二叉树的节点信息按照“节点编码+节点事件+节点类型”的方式逐行写入对应的故障二叉树文档。其中，节点编码为采用上述故障二叉树节点编码方法所给出的节点编码值，节点事件表示该节点在故障二叉树中表示的具体事件，节点类型用于判断是否为叶节点。以图1的节点A1和X1为例，其节点信息表示分别为“1重新紧固线缆后检查发射机末级输出波形是否正常根节点”和“11线缆松动叶节点”。

所有的故障二叉树文档均统一存放在故障二叉树库中以便软件模块调用读取。

4 故障二叉树诊断算法

根据故障二叉树节点编码方法的设计思想，故障二叉树诊断算法具体实现过程如下：

Step 1根据用户选择的故障现象，读取故障二叉树库中所对应的故障二叉树文档，并用数组分别存储节点编码、节点事件和节点类型；

Step 2在节点编码数组中查找编码值为1的节点，确定为第一父节点；

Step 3根据父节点提供的故障信息，对设备进行故障诊断处理，判断该信息的真假。如果为真，则在父节点编码值后添加1，并查找对应的子节点；否则，在父节点编码值后添加2，并查找对应的子节点；

Step 4如果子节点类型是叶节点，则诊断推理过程结束；如果子节点类型不是叶节点，则转入Step 3继续诊断推理过程。

需要说明的是，在编写故障二叉树文档时，一般规定将第一父节点的节点信息写在第一行，以便提高软件模块运行效率。此外，在编写故障二叉树文档前，还需仔细检查核对所构造故障二叉树的正确性，以保证故障二叉树诊断算法能够快速准确定位故障。

5 算法应用情况

为提高雷达发射机故障诊断效率，采用C#语言编写了基于故障二叉树的故障诊断推理模块，模块界面如图2所示。

图2 基于二叉树的故障诊断推理模块界面

用户在故障诊断推理模块界面“故障选择”后的下拉控件选择所需诊断的故障现象，完毕后再点击界面上的“运行”按钮。模块将在故障二叉树库中自动读取对应的故障二叉树文档，并按照故障二叉树诊断算法自动进行雷达发射机故障诊断，诊断过程将在人机交互过程中不断进行。

诊断过程中，如果模块弹出的判断语句需要用户做肯定确认，则点击“是（Y）”按钮，否则点击“否（N）”按钮，如图3所示。

图3 模块推理过程界面

以图1所示发射机末级输出波形异常为例，当用户选择“发射机末级输出波形异常”故障现象后，点击故障诊断推理模块界面的“运行”按钮后，系统将开始记录每一步的诊断推理过程，如图4所示。

图4 故障推理诊断结果

经过3步诊断推理后，模块得出诊断结果：“电源模块故障”。经检查确认为调制控制分机某型号电源模块故障，更换同型号备份电源模块后故障得到解决。

此外，将该软件模块应用于诊断雷达发射机其他故障仍能基于故障二叉树文档实现雷达发射机故障的快速定位。因此，本文所提出的基于故障二叉树的雷达发射机故障诊断方法能够有效定位发射机故障。

对于新增故障现象，需及时更新补充完善故障二叉树库。在构建新增故障现象的故障二叉树后，采用故障二叉树节点编码方法对节点进行编码，将故障信息（节点编码、节点事件和节点类型）写入故障二叉树文档，并存入故障二叉树库。当再次遇到相同故障现象时，该模块将具备故障诊断推理能力。

6 结语

为有效定位雷达发射机故障，本文提出了一种基于故障二叉树的雷达发射机故障诊断方法。工程应用表明：该方法易于研制软件，能快速定位故障原因，有效提高了雷达发射机故障诊断效率。

该方法可推广应用到雷达其他分系统或者其他航天测控设备的故障诊断。后续可考虑按照“故障二叉树库-设备名称-分系统-某故障二叉树文档”的方式对故障二叉树文档进行归类存储，由用户选择读取对应文件夹下故障二叉树文档的方式进行故障诊断模块页面改进设计。

此外，该方法在故障诊断过程中仍需借助人机交互来完成。在如何充分利用故障二叉树的结构特点实现故障诊断自动化和智能化方面，今后还值得更加深入的研究。