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某相控阵雷达天线测试性建模与指标优化研究.pdf
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1、:./.收稿日期:修回日期:基金项目:国防科工局技术基础科研“十三五”第五批项目()某相控阵雷达天线测试性建模与指标优化研究张 宇赵 宁唐 环李芸倩黄大荣(.中国船舶集团有限公司第八研究院南京.北京可维卓立科技有限公司北京.重庆交通大学重庆)摘 要:以某相控阵雷达天线面阵为分析对象基于相关性模型对天线面阵进行测试性建模仿真得到故障检测率、故障隔离率等指标 根据仿真结果分析冗余测试与不可检测故障完成测试性模型优化改进 与优化前的结果相比故障隔离率有了明显提高从而验证了测试性优化的有效性可为其他产品测试性建模与优化设计提供参考关键词:相控阵雷达天线面阵测试性建模相关性模型故障隔离率中图分类号:.文
2、献标识码:文章编号:()(.):.:引 言相控阵雷达具有功能结构复杂、系统组成庞大等特点对故障诊断能力提出了更高的要求 测试性能够帮助及时准确地确定设备状态得到故障检测率、故障隔离率等数据并隔离其内部故障通过测试性手段确定故障是一种行之有效的方式可以帮助降低排故难度 好的测试性不仅可以与可靠性相辅相成还能提高装备的战备完好性减少维修时间和维修费用因此很有必要在研制阶段对装备进行测试性分析、评估与验证文献 分析了不同装备对象的测试性但研究主要针对故障检测率的提高鲜少涉及故障隔离率 为了完成相控阵雷达天线面阵的测试性分析并进一步提高测试性设计水平本文首先以相关性模型为理论基础通过分析、组件故障联系
3、、故障故障联系、故障测试联系建立天线面阵的系统测试性模型并进行仿真分析然后根据仿真结果通过分析冗余测试、改进优化测试模型等方式建立优化后测试第 卷 第 期 年 月雷达与对抗 .性模型最后通过测试性仿真验证了故障隔离率指标是否得到改善 测试性指标测试性指标包括故障检测率、故障隔离率、虚警率、平均故障检测时间、平均故障隔离时间、平均诊断时间等其中故障检测率和故障隔离率是最常用的两个指标 故障检测率用能够检测出的故障与设备总体故障的比值表示故障隔离率用能够被隔离出的故障与可以被检测出的故障的比值表示.故障检测率故障检测率数学模型可以表示为()式中 表示在时间 内的故障总数 为被检测到的故障数当故障率
4、 为常数时式()可以改写为 ()式中 为所有能被检测出的故障模式的故障率之和 为实际存在的所有故障模式故障率之和 为检测出第 个故障模式的故障率 为本身第 个故障模式的故障率.故障隔离率故障隔离率数学模型可以表示为()式中 为隔离到小于等于 个可更换单元的故障数 为检测到的故障数也可以用故障率替换表示为 ()式中 为隔离到小于等于 个可更换单元故障模式的总故障率 为检测出的所有故障模式总故障率为可隔离到小于等于 个可更换单元的故障中第 个故障模式故障率 为隔离组内的可更换单元数也称为模糊度 测试性建模与仿真流程测试性建模与仿真流程图如图 所示:()明确产品的功能与原理得到整体组成与功能表()根
5、据产品本身设计与实际分析需求确定产品的隔离与分析层次画出产品层级关联图()通过测试性信息表的输入信息与 明确组件间、组件故障、故障间的信号流向关系得到信息流向关系图等信息()确定各层级的测试点位置与类型分析故障测试的相关性得到相关性图示模型与 矩阵()进行基于 软件的测试性仿真建模与分析并在分析结果的基础上优化测试性模型图 测试性建模与仿真流程图 实例分析与指标优化选取某相控阵雷达天线面阵为分析对象依照图 完成测试性建模分析与评估.明确产品功能与原理天线面阵主要组成为电源组件、频综组件、/组件、组件、定时模块等其中电源组件负责将高电压隔离转换为低电压并给其他组件供电频综组件为面阵提供相参时钟和
6、本振信号/组件负责信号的接收和发射、接收波束预处理等 组件分为三级与二级组件主要完成接收波束合成等功能定时模块主要完成波形、频率等控制功能.确定分析与隔离层级基于天线功能原理和结构组成分析确定分析和隔离的层次确定的层次就是最后要对应故障模式的层次 图 为相控阵雷达天线层级划分依据项目要求 确定需要分析隔离的层次为 级雷达与对抗 年 第 期图 相控阵雷达天线层级划分图.明确信息流向关系分析电源组件、频综组件、组件、定时模块以及/组件的故障信息包括故障信息流向、故障位置、故障模式、故障严酷度和故障发生概率首先分析组件间关系得到组件之间信号流向关系然后分析各组件内部的故障传播关系得到各组件内部故障与
7、组件输入输出的信息流向关系最后分析组件内部故障与故障之间的传播关系.组件间信息流向关系以定时模块为例编制信号流向关系表如表 所示包括输入/输出端口、信号名称、信号来源/去向等内容厘清各 输入输出信号以及相互之间的信号流向关系表 定时模块信号流向关系序号端口方向信号名称信号来源/去向输入 电源面阵时钟频综组件光纤数据入面阵光纤网络入面阵输出触发信号三级 组件光纤数据发三级 组件光纤网络发三级 组件光纤数据发频综组件.组件故障间的信息流向关系以电源组件为例根据分析得到的组件自身具有的故障与输入输出信号的关系编制 级的故障信息表如表 所示包括 名称、故障率、故障模式、故障影响的输出信号与相关输入信号
8、等内容表 电源组件故障信息表名称故障率/(/)故障模式故障影响的输出信号相关输入信号电源.电源组件输出异常 电源 电源电源组件无法开机 电源.故障间的信息流向关系故障的传播与组件相关某个故障的发生也可能引起其他 个或多个故障的发生如图()、()所示而多个故障同时发生也许会导致某个故障产生如图()所示因此须明确各 故障模式间的关系图 故障间传播方式以定时模块为例编制定时模块故障模式表如表 所示表 定时模块故障模式 名称故障模式代号定时模块模块供电功能异常模块定时处理功能异常模块网络异常模块发送(面阵下行)数据异常模块接收数据异常 以定时模块 个故障模式代号为横纵坐标可以得到故障与故障的相关性矩阵
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- 关 键 词:
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