中國電子科技集團公司第38研究所 朱 政

一種雷達故障自動檢測系統(tǒng)設計

中國電子科技集團公司第38研究所 朱 政

本文介紹了雷達故障自動檢測系統(tǒng)設計。對雷達故障自動檢測系統(tǒng)提出了總體設計任務和目標、構成、功能、性能、技術指標。對雷達自動檢測系統(tǒng)硬件設計、軟件需求分析、軟件概要設計、詳細設計的具體內容做了較詳細的設計說明和要求。

雷達；計算機；自動檢測；故障

1. 引言

雷達綜合保障體系的一切工作是為了提高雷達平均無故障工作時間。雷達故障自動檢測系統(tǒng)是為了對雷達快速、準確、隔離故障到可更換單元（LRU），以便快速維修，達到降低雷達修復時間的目的，先進的軍用雷達都具備完善的故障自動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)對提高雷達的總體性能、可靠性、可使用性、可維修性具有極其重要作用。

2. 總體要求

2.1 技術指標

系統(tǒng)自動測試內容的主要技術指標應包括對雷達電氣參數的測量精度，對雷達系統(tǒng)、組合、可更換單元的故障檢測率、隔離率、隔離深度、虛警率以及檢測時間等。

主要技術指標如下：

a.測試時間：實時測試時間服從雷達測試周期的時間調度要求，戰(zhàn)前功能測試時間應小于3min，維修或維護測試時間應小于5min；

b.虛警率：對系統(tǒng)、組合、可更換單元的總虛警率應小于3%；系統(tǒng)應具有分析是雷達故障還是檢測設備發(fā)生故障的能力；

c.故障檢測率：按設計要求，測試系統(tǒng)對分雷達系統(tǒng)機柜、組合級的故障檢測率應達到100%，對各組合級可更換單元的故障檢測率應達到95%以上；

d.故障隔離深度：故障隔離深度為雷達系統(tǒng)的可更換單元；e.故障隔離率：故障隔離為雷達系統(tǒng)的機柜、組合直至可更換單元；

f.雷達電氣指標測試：取決外場和內場測試設備的測量精度。

2.2 功能與用途

雷達故障自動檢測系統(tǒng)的主要功能和用途是通過檢測雷達電氣參數指標、工作狀態(tài)指示，實現發(fā)現雷達設備故障。系統(tǒng)主要功能是：①利用雷達外場、內場測試設備和機內自動檢測設備，實現雷達系統(tǒng)大部分電氣指標的測試；②在雷達進行作戰(zhàn)時，完成對雷達工作狀態(tài)的實時自動故障檢測即實時監(jiān)測；③在雷達進行備戰(zhàn)時期，完成對雷達系統(tǒng)的功能檢查測試和故障自動檢測即戰(zhàn)前測試；④在雷達進行維護與維修時期，完成對雷達系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合的全面功能檢查測試，發(fā)現并指示故障即維護測試；⑤通過多種方法檢查測試，發(fā)現并指示雷達系統(tǒng)、機柜、組合、LRU的故障顯示或報警；⑥通過自動檢測，協(xié)助雷達在設計、生產、調試、交接驗收階段，配合系統(tǒng)完成一系列的測試任務。

2.3 設計要求

雷達故障自動檢測系統(tǒng)，雖然是雷達輔助設施，但是對雷達總體指標的實現起到一定作用。系統(tǒng)設計應根據雷達總體需求與雷達同步進行開展設計工作，除了執(zhí)行雷達本身選用一系列標準外，還須根據雷達故障自動檢測系統(tǒng)的技術特點編制一些具體標準，要求系統(tǒng)設計按 “三化”和“三性”產品統(tǒng)一規(guī)劃、優(yōu)化設計，達到資源共享，簡化設計，節(jié)約資源，提高設計質量；要求系統(tǒng)、分系統(tǒng)、組合、可更換單元按統(tǒng)一要求或規(guī)范設計，提高其可靠性、可測試性、可維修性等。編制組合、可更換單元一級的測試性、維修性、安全性設計的統(tǒng)一技術規(guī)范，達到簡化雷達系統(tǒng)、分系統(tǒng)、組合、可更換單元內場和外場自動測試，測試適配接口和測試程序的設計，在設計、調試、生產、維護、維修等階段的測試與故障檢測，容易實現自動化。

3. 硬件設計

3.1 雷達基本結構

雷達系統(tǒng)由主控計算機、天線系統(tǒng)、波控機、頻綜、發(fā)射機、接收機、伺服、數據處理、顯控、同步器與信息交換、供電、環(huán)境監(jiān)測、信號模擬等分系統(tǒng)構成，每個分系統(tǒng)又由一個或若干個組合構成，每個組合安裝若干不等的（LRU）插件單元。

3.2 系統(tǒng)總體結構

雷達BITE設計分為四級，每級設計有BITE專用電路，BITE專用電路的總和不應超過總設備電路總和的10%，力求BITE專用電路簡單可靠。

a.第一級為系統(tǒng)級，系統(tǒng)級是在主控計算機的控制下，收集、分析判別、綜合處理各分系統(tǒng)的故障信號，把故障分類后其最終檢測結果送顯控臺顯示。

b.第二級為分系統(tǒng)級，分系統(tǒng)級本身設計有自檢（脫機工作狀態(tài)）和接受主控計算機的控制，收集、分析、處理各組合的故障信號，產生故障地址和數據，把結果送系統(tǒng)級。

c.第三級為組合級，組合級本身設計有自檢（脫機工作狀態(tài)）和接受主控計算機的控制，收集、分析、處理各組合的故障信號，產生故障地址和數據，把結果送組合級。

d.第四級為可更換單元級，單元級是最基本級，它接受組合級的控制，檢測信號的引出、自動采集、數字變換、故障信號綜合與形成、故障本地顯示和送系統(tǒng)級。

4. 系統(tǒng)軟件

4.1 軟件需求

雷達故障自動檢測軟件、硬件設備是雷達不可缺少的部分，對提高雷達“三性”具有重要意義，為雷達提供一種功能和性能測試方法，當雷達設備出現故障時，它被作為故障定位的主要手段，也為雷達完成各種試驗和作戰(zhàn)任務提供支持。根據雷達總體要求，對軟件需求進行具體分析，提出測試軟件總任務、總目標、主體功能、構成原理，測試方法、安全設計、開發(fā)環(huán)境、編程語言、接口定義、數據需求、數據庫建立、軟件測試、軟件開發(fā)文檔編寫等內容應有具體描述。

4.2 概要設計

根據軟件需求對各部分軟件進行概要描述和框架設計，設計軟件工作流程圖、定義軟件接口，規(guī)范數據格式等具體工作。

4.2.1 總體描述

雷達是復雜電子設備系統(tǒng)，系統(tǒng)運行的正確性、有效性、故障的檢測與隔離需要雷達故障自動檢測軟件的支持，該軟件是集雷達系統(tǒng)功能測試、性能測試和故障診斷為一體的軟件集合體，是雷達系統(tǒng)軟件的重要組成部分；該軟件是保證雷達工作狀態(tài)，在規(guī)定的模式和狀態(tài)下評價雷達是否達到執(zhí)行即定任務的依據，也是雷達系統(tǒng)調試和維修檢測的重要工具；該軟件提供的故障診斷結果使得雷達在出現故障后可以迅速做出判斷與分析，故障隔離到組合或組合的可更換單元，為快速修復雷達提供可靠的信息，使雷達在較短的時間內恢復正常工作狀態(tài)并持續(xù)工作。

4.2.2 總體構成

雷達故障自動檢測軟件的測試對象包括硬件和軟件，并且包括若干個層次，就硬件分為雷達系統(tǒng)、分系統(tǒng)、組合、可更換單元；而軟件的測試是在硬件的相應層次上進行硬件和軟件的集成測試。

雷達故障自動檢測軟件按照與系統(tǒng)操作的并行程度可以分為實時和非實時兩部分。按照參與系統(tǒng)操作的時刻又可以細分為實時測試，戰(zhàn)前測試和維護測試，故障分析方法、單元軟件模塊庫，雷達各分系統(tǒng)故障數據庫軟件五部分。

雷達故障自動檢測軟件是在硬件設備的支持下完成其功能的，它的主要功能是為雷達系統(tǒng)提供維護測試和故障診斷工具。

a.實時監(jiān)測：實時監(jiān)測是在雷達轉入戰(zhàn)斗任務后或在雷達作戰(zhàn)過程中，對雷達各分機設備工作狀態(tài)的監(jiān)視和功能檢查。實時測試根據雷達調度模塊的調度，主要依賴各分機的BITE，實時測試各分系統(tǒng)的工作狀態(tài)，向上一級控制模塊報告，給出繼續(xù)戰(zhàn)斗或退出戰(zhàn)斗的建議。并將故障隔離到組合或功能組件。通過實時性自動監(jiān)測和處理以確定雷達是否處于“良好工作狀態(tài)”，為指揮員提供雷達能否繼續(xù)作戰(zhàn)，并做出對雷達繼續(xù)戰(zhàn)斗或退出戰(zhàn)斗的決定。

b.戰(zhàn)前測試：戰(zhàn)前測試或自檢測試是雷達投入戰(zhàn)斗前，對雷達主要功能、性能和雷達各分機的功能測試，故障隔離到組合，為指揮員提供雷達能否投入戰(zhàn)斗或維修的依據。

戰(zhàn)前測試是非實時測試，為了完成既定戰(zhàn)斗任務，雷達作戰(zhàn)必需具備的功能和性能，戰(zhàn)前測試針對關鍵項目進行測試，評價雷達是否達到執(zhí)行既定任務的必要條件，提供雷達能否投入戰(zhàn)斗任務的判據。戰(zhàn)前測試由測試方法庫中的基本測試方法組合而成，基本測試方法分為兩類：一類是必須測試項目；另—類是可選測試項目，可選測試項根據需要指定。測試順序按照先必須測試項目，后可選測試項目，在緊急情況下可以只做必須測試項目，不做可選測試項目。

c.維護測試：維護和維修測試是非實時測試，該測試是對系統(tǒng)及各分系統(tǒng)的設備進行全面的功能、性能檢查測試，并對故障設備診斷定位，故障隔離到組合的插件板或功能組件。

5. 結束語

本文較全面介紹了雷達故障自動檢測系統(tǒng)軟、硬件基本結構和原理，設計思想和方法，由于軍用雷達的用途、體制、結構特殊，檢測系統(tǒng)須專門設計，其硬件和軟件通用性較差，但各種雷達故障自動檢測系統(tǒng)基本原理大致相同，如較早時期BITE大多采用中、小規(guī)模集成邏輯電路實現，電路結構復雜，軟件簡單，故障檢測率較低；目前BITE基本采用嵌入式計算機和標準通信接口協(xié)議，電路結構簡單，軟件復雜，功能完善，故障檢測率高等特點。

[1]Stepen Pizzica,Raytheon Company,Open Systems Architecture Solutions for Military Avionics Testing,IEEE AESS Systems Magazine,August 2001.

[2]軍用軟件需求分析,GJB1091-91.

[3]軍用軟件開發(fā)規(guī)范,GJB43-88.

[4]李更祥.嵌入式計算機應用于相控陣雷達機內測試設備的設計[J].計算機自動測量與控制,2011,2.

朱政（1979－），安徽蚌埠人，工程師，主要從事雷達總體設計和系統(tǒng)結構方面的研究。