張立偉，王積鵬，趙長明，戴 磊

（1.北京理工大學(xué)，北京 100081；2.中國電子科技集團公司電子科學(xué)研究院，北京 100041）

0 引言

當(dāng)前，世界格局調(diào)整持續(xù)深化，海洋在我國安全和發(fā)展中的重要地位日益凸顯。提高海洋資源開發(fā)能力、維護國家海洋權(quán)益和建設(shè)海洋強國[1]，成為民族復(fù)興的急迫需求和時代的強烈呼喚。黨的十九大再次提出加快建設(shè)海洋強國的重大部署，將維護我國海洋安全和發(fā)展海洋經(jīng)濟提升到國家戰(zhàn)略的高度[2]。實施這一重大部署，對維護國家主權(quán)安全、推動經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展以及實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興，具有重大而深遠(yuǎn)的意義[3]。

為支撐我國電子信息領(lǐng)域的快速發(fā)展和占領(lǐng)國際領(lǐng)先地位，打造世界級的海洋信息化體系是國家軍事安全和我國海洋戰(zhàn)略發(fā)展的需求[4]。為服務(wù)國家海洋信息化體系建設(shè)，匯聚各方優(yōu)勢資源能力，需以體系化的信息技術(shù)優(yōu)勢開展海洋平臺電子信息系統(tǒng)的設(shè)計和實踐。前期各類海洋平臺的建設(shè)，已逐步驗證了海洋信息采集、傳輸、融合處理及智能管控等多種海上信息支撐能力，但也存在海洋平臺電子信息系統(tǒng)集成度較低、較差、長期工作能力不足、擴展性和通用性受限等問題，難以應(yīng)對各類用戶在不同應(yīng)用場景下的服務(wù)需求。

本文為滿足目標(biāo)監(jiān)視、數(shù)據(jù)服務(wù)等業(yè)務(wù)需求，開展了海洋平臺電子信息系統(tǒng)總體設(shè)計研究，為進一步提升系統(tǒng)遠(yuǎn)程無人管控、能源自保障等海洋平臺系統(tǒng)關(guān)鍵能力奠定了重要基礎(chǔ)。

1 相關(guān)工作

1.1 浮標(biāo)型海洋信息系統(tǒng)

浮標(biāo)型是目前應(yīng)用最廣泛的海洋平臺電子信息系統(tǒng)，可實現(xiàn)對風(fēng)速、風(fēng)向、波高、波向、流速、流向、氣溫、氣壓、濕度、水溫、鹽度和深度等海洋環(huán)境信息開展一體化測量。浮標(biāo)型海洋裝備的特點在于結(jié)構(gòu)簡單、部署靈活、海域適應(yīng)性強、定制化搭載設(shè)備高以及功耗低可獨立工作，適合大量部署。

傳統(tǒng)的海洋浮標(biāo)為通用型系留浮標(biāo)，標(biāo)體直徑最大超過10 m，普遍采用太陽能板進行供電，可以進行數(shù)據(jù)的實時傳輸，具有較強的搭載能力。它的典型代表是美國NOAA研制的系列浮標(biāo)，根據(jù)搭載需求不同，標(biāo)體直徑可以選擇1.5～12 m。它采用錨泊系統(tǒng)固定，可以實現(xiàn)對各類海洋信息感知傳感器的搭載[5]。我國在通用型浮標(biāo)領(lǐng)域也開展了大量工作，典型成果有中科院海洋所研制的深海多參數(shù)實時傳輸浮標(biāo)，集成了氣象、GPS、剖面海流以及剖面溫鹽等諸多傳感器。它采用水下感應(yīng)耦合傳輸技術(shù)，通過衛(wèi)星通信方式，可實時獲取海面氣象、浮標(biāo)位置、水下500 m剖面海流和溫鹽數(shù)據(jù)等資料，最大布放深度4 500 m[6]。國家海洋局研制的白龍浮標(biāo)，最大部署深度7 000 m，連續(xù)使用時間超過18個月，可以觀測海表氣溫、氣壓、風(fēng)速風(fēng)向、相對濕度、雨量、長波和短波輻射等參量，還可以通過感應(yīng)耦合傳輸技術(shù)實時采集海洋表層至深層海水溫度、鹽度、海流、溶解氧等重要海洋參數(shù)[7]。通用型系留浮標(biāo)經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已經(jīng)基本可以實現(xiàn)全海域的部署，但是目前受供電手段制約，連續(xù)工作能力普遍不足，后期維修維護成本高。

由于單體浮標(biāo)裝備尺寸空間和供電能力有限，浮標(biāo)型海洋平臺裝備目前只能開展定制化專用型設(shè)計。目前較為有代表性的有美國伍茲霍爾研究所（Woods Hole Oceanographic Institute，WHOI）設(shè)計的水下剖面信息測量浮標(biāo)（McLane Moored Profiler，MMP）[8]，采用240 Ah電池供電，可以實現(xiàn)對30～6 000 m水深范圍內(nèi)的水下剖面流速和水文資料的自主觀測；挪威OCEANOR公司設(shè)計的海上風(fēng)剖面浮標(biāo)SEAWATCH Wind LiDAR[9]，通過搭載的激光雷達實現(xiàn)海上剖面風(fēng)速風(fēng)向測量；美國NOAA設(shè)計的海嘯浮標(biāo)DART[10]，通過系留纜連接坐底式海嘯測量儀和海面標(biāo)體，實現(xiàn)5 000 m水深以下海域的海嘯信息測量；荷蘭Datawell公司設(shè)計的波浪浮標(biāo)波浪騎士[11]，通過自帶電池，可以實現(xiàn)3年的自主波浪測量、信息收集和數(shù)據(jù)傳輸；美國研制的光學(xué)浮標(biāo)MOBY[12]，采用不倒翁式設(shè)計，在水面上布置傳感器和供電太陽能板，在水下布置光學(xué)傳感器和設(shè)備，可以實現(xiàn)對海水表層、真光層和海底光學(xué)特性的自主測量；美國NOAA設(shè)計的海水酸化觀測浮標(biāo)[13]，可以實現(xiàn)對海水表層和大氣二氧化碳濃度的監(jiān)測。專用型浮標(biāo)的搭載能力低于傳統(tǒng)綜合性浮標(biāo)，但其針對某一類型觀測信息開展了適應(yīng)性設(shè)計，在海域適應(yīng)能力、供電能力以及成本控制等方面均得到了較大的提升。

浮標(biāo)型海洋平臺電子信息系統(tǒng)（不論是通用型還是專用型浮標(biāo)）具有成本低、可推廣性強以及海域使用范圍大的特點，但受到結(jié)構(gòu)尺寸制約，載荷搭載和感知探測能力均難以滿足海洋平臺電子信息系統(tǒng)需求。

1.2 船載型海洋信息系統(tǒng)

船載型海洋平臺電子信息系統(tǒng)是利用船舶作為海洋信息采集設(shè)備的載體，對目標(biāo)海域進行大范圍的海域調(diào)研，具有良好的機動性。同時，它的搭載空間和供電能力也能夠滿足大部分海洋觀測設(shè)備的搭載。此外，船載型海洋信息調(diào)查裝備由于其出色的機動性，還具有一定的軍事用途。

國外已經(jīng)有了大量的船載型海洋平臺電子信息系統(tǒng)裝備，普遍稱為海洋調(diào)查船。較為先進的有美國海軍Bruce C.Heeze號綜合調(diào)查船，全長100.3 m，型寬17.6 m，吃水5.8 m，續(xù)航力12 000海里。船上裝備12 000 m海深測深儀、CTD、多波束、淺地層剖面儀、磁力儀、ADCP、聲速系統(tǒng)以及海洋表面溫度測量系統(tǒng)等，能夠滿足開展海洋物理、化學(xué)、地磁、水文、地震以及聲學(xué)等多種學(xué)科的海洋調(diào)查；日本水產(chǎn)綜合研究中心下屬的西海區(qū)水產(chǎn)研究“陽光丸”漁業(yè)調(diào)查船991 t，全長58.6 m，型寬11 m，型深6.85 m，航速13節(jié)，續(xù)航力5 760海里[14]；美國“Marcus G.Langseth”海底地質(zhì)調(diào)查船，船型長72 m，型寬17 m，吃水5.9 m，最大航速13節(jié)，排水量3 834 t，續(xù)航力13 500海里，且安裝了Syntrak 960-24地震記錄系統(tǒng)和氣動生源陣列拖曳系統(tǒng)等，具有全面的地球物理學(xué)和地質(zhì)地震探索能力[15]；美國海岸警衛(wèi)隊的“北極星”號極地調(diào)查船全長121.6 m，型寬24 m，排水量11 000 t，具備功能先進的破冰和抗橫傾系統(tǒng)，可以實現(xiàn)冰區(qū)的研究和保障[16]。

在軍用方面，利用海洋調(diào)查船可以開展海底監(jiān)聽，以監(jiān)聽他國潛艇動態(tài)。目前，美國海軍擁有“堅強級”“勝利級”和“完美級”3種吃水深度的監(jiān)測船，排水量分別為2 285 t、3 380 t、5 270 t。其中，“完美級”搭載能力最強，船長85.8 m，型寬29 m，采用雙體船結(jié)構(gòu)，甲板面積較傳統(tǒng)船舶增加50%可用面積，以增加電子設(shè)備的搭載能力。它裝備有主動和被動兩種聲吶陣列探測系統(tǒng)來偵探海底的潛水艇，可探知100海里范圍內(nèi)150～450 m深度的潛艇方位和類型。

我國在船載海洋平臺電子信息系統(tǒng)方面也開展了大量工作。其中，中科院的“科學(xué)”號調(diào)查船是我國目前最大的綜合科考船，船總長99.6 m，型寬17.8 m，設(shè)計吃水5.6 m，設(shè)計排水量約4 660 t，續(xù)航力15 000海里，可以在國際海域開展調(diào)查，配備DP-1動力定位系統(tǒng)，最大航速超過15節(jié)。該船安裝了自動氣象站、萬米測深儀、ADCP、雙頻回聲測深儀等儀器以及輔助設(shè)備，同時設(shè)置了地震實驗室、地貌實驗室、磁力實驗室、氣象實驗室、干濕實驗室以及重力實驗室等；“海洋六號”是我國自行設(shè)計建造的地質(zhì)調(diào)查船，長106 m，寬17.4 m，排水量4 600 t，續(xù)航能力15 000海里，配有4 000 m級深海水下機器人“海獅號”、深水多波束測深系統(tǒng)、深水淺地層剖面系統(tǒng)以及長排列大容量高分辨率地震采集系統(tǒng)等多種高科技調(diào)查設(shè)備[17]。

船載型海洋平臺電子信息系統(tǒng)目前已經(jīng)實現(xiàn)了在深遠(yuǎn)海和極地地區(qū)的可靠應(yīng)用，在搭載能力、機動能力、環(huán)境適應(yīng)能力和可持續(xù)能力等方面均具有較高的水平。但是，船載型裝備的經(jīng)濟性較低，裝備建造和運營成本高，而且無法對區(qū)域開展長期觀測，限制了船載裝備的用途。

1.3 平臺型海洋信息系統(tǒng)

近年來，在浮標(biāo)型和船載型裝備以外，在海洋固定式平臺和浮動式平臺上搭載海洋觀測儀器也成為一種主流方式。海洋平臺尺寸一般較大，甲板尺寸可以達到100 m×100 m，因此可以提供足夠的搭載空間。同時，海洋平臺具有足夠的能源供應(yīng)，可支撐搭載的海洋儀器持續(xù)工作。然而，鑒于石油平臺具有大量的水下管線，基于石油平臺開展水下設(shè)備搭載難度較大，而且政治因素限制了利用石油平臺開展軍事用途的海洋觀測活動。為了解決這一問題，各國開展了專用海洋平臺的設(shè)計與建造，代表性的有韓國在蘇巖礁建造的海洋觀測平臺。該平臺采用典型導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)，出水面高36 m，利用風(fēng)能、太陽能和油機供電，搭載衛(wèi)通、雷達以及氣象設(shè)備等海洋儀器。美國的?；鵛波段雷達采用海洋平臺改建，甲板長119 m，寬76 m，排水量50 000 t，可承受60 m/s的臺風(fēng)侵襲，具有動力系統(tǒng)，航速可達11 km/h。雷達平臺搭載了SBX雷達，對空探測距離達4 800 km，同時搭載了大量的海面探測設(shè)備，可以對所在海域的綜合信息進行探測。唐山航島海洋重工有限公司設(shè)計的桁架式超大型海上平臺“航島”，是具有長300 m、排水量達到100 000 t的海上超大型浮式平臺，可以為海洋觀測裝備提供充足的搭載環(huán)境和搭載條件。

平臺型海洋裝備的搭載空間和能力較強，同時可以在海況惡劣海域長期定位觀測。但是，它的造價和維護成本過高，一般僅能用于軍事用途，難以大范圍推廣。

2 系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)在架構(gòu)上可劃分為支撐層、接入層、處理層和信息傳送層4個層次，且標(biāo)準(zhǔn)體系、安全體系、保障體系貫穿系統(tǒng)架構(gòu)各層。體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型

2.1 支撐層

支撐層負(fù)責(zé)為系統(tǒng)運行提供基本保障條件，其主要有臺體支撐、能源供給、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和安全防護等功能。其中，臺體支撐為搭載設(shè)備提供安裝空間和加裝接口，能源供給通過各種發(fā)電手段對搭載設(shè)備進行供電，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為搭載設(shè)備提供各類基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，安全防護為搭載設(shè)備提供環(huán)境監(jiān)視和入侵防護。

2.2 接入層

接入層負(fù)責(zé)搭載設(shè)備在物理上和業(yè)務(wù)上的接入，并將獲取的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)處理層，主要有設(shè)備接入、狀態(tài)獲取、開關(guān)控制和業(yè)務(wù)控制等功能。其中，設(shè)備接入為搭載設(shè)備提供電氣接口和信息接口，狀態(tài)獲取負(fù)責(zé)采集搭載設(shè)備的各類狀態(tài)信息，開關(guān)控制和業(yè)務(wù)控制分別為處理層提供設(shè)備開關(guān)機控制接口和模式控制接口。

2.3 處理層

處理層負(fù)責(zé)各類狀態(tài)數(shù)據(jù)和感知業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理，以及系統(tǒng)的管理與控制。其中，狀態(tài)管理負(fù)責(zé)對接入的系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)信息進行分析，并形成系統(tǒng)工作日志；故障診斷根據(jù)系統(tǒng)工作日志和實時設(shè)備狀態(tài)信息進行故障診斷，并給出故障解決建議；數(shù)據(jù)存儲負(fù)責(zé)保存系統(tǒng)的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)和工作日志等內(nèi)容；數(shù)據(jù)融合負(fù)責(zé)對接入業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)進行融合處理，形成統(tǒng)一的態(tài)勢信息；參數(shù)配置根據(jù)信息傳送層下發(fā)的配置指令，完成搭載設(shè)備的軟硬件參數(shù)配置；用戶管理是對不同登錄用戶的權(quán)限進行分配；模式切換根據(jù)管控指令完成系統(tǒng)工作模式的切換；設(shè)備管理根據(jù)管控指令完成設(shè)備的業(yè)務(wù)模式管理和開關(guān)機的控制。

2.4 信息傳送層

信息傳送層負(fù)責(zé)系統(tǒng)與外部的信息交互，主要有數(shù)據(jù)傳輸、鏈路切換、協(xié)議轉(zhuǎn)換和應(yīng)急通信。其中，數(shù)據(jù)傳輸負(fù)責(zé)接收外部管控指令，并上報系統(tǒng)狀態(tài)信息和感知數(shù)據(jù)；鏈路切換負(fù)責(zé)根據(jù)通信鏈路狀態(tài)實現(xiàn)不同鏈路之間的切換；協(xié)議轉(zhuǎn)換負(fù)責(zé)解析外部指令，并封裝系統(tǒng)向外部傳輸?shù)男畔?；?yīng)急通信為外部用戶提供備用管控通道，并上報系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀態(tài)信息。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)體系

系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系包括運維保障標(biāo)準(zhǔn)、工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工程管理標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)等，為系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備研制生產(chǎn)、總裝集成、拖航及布放、運維保障等全過程提供規(guī)范和依據(jù)。

2.6 安全體系

安全體系包括數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)傳輸安全、網(wǎng)絡(luò)邊界防護、網(wǎng)絡(luò)安全審計和系統(tǒng)安全防護等，為系統(tǒng)可靠運行提供安全運行環(huán)境和防護手段。

2.7 保障體系

保障體系是一個綜合性體系，并非單純依靠技術(shù)手段就能實現(xiàn)，而是要從運行機制、管理體制、資源配置以及標(biāo)準(zhǔn)制定等多個方面入手進行構(gòu)建，是一個長期積累、持續(xù)發(fā)展和不斷迭代改進的過程。

3 系統(tǒng)工作原理設(shè)計

海洋平臺電子信息系統(tǒng)由海洋浮臺系統(tǒng)、綜合一體化電子信息系統(tǒng)和多能互補智能供電系統(tǒng)組成。其中，綜合一體化電子信息系統(tǒng)由智能管控系統(tǒng)、基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)、多源目標(biāo)處理系統(tǒng)和信息傳送系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)對外通過不同無線傳輸設(shè)備建立與用戶間的通信鏈路，實現(xiàn)對岸信息交互。它在系統(tǒng)內(nèi)部以交換機的方式建立通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部信息傳輸，并分隔內(nèi)外網(wǎng)以保障系統(tǒng)自身信息安全，同時建立內(nèi)部實時數(shù)據(jù)總線向用戶設(shè)備提供姿態(tài)、位置等實時數(shù)據(jù)。系統(tǒng)工作原理設(shè)計如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作原理

平臺系統(tǒng)通過平臺和錨系裝置為全系統(tǒng)設(shè)備提供穩(wěn)定的海上物理載體，配備照明、通風(fēng)、排污以及燃油存儲等設(shè)備，從而為維護人員登臺檢修和能源分系統(tǒng)柴油機運行提供物理環(huán)境保障，并配備壓載水調(diào)節(jié)設(shè)備以實現(xiàn)不同水深條件下的平臺吃水調(diào)節(jié)能力。通過臺體監(jiān)控完成對上述設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和部分設(shè)備的本地控制，并將狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上報至智能管控系統(tǒng)。

供電系統(tǒng)通過柴油機、風(fēng)能、光伏以及海洋能等發(fā)電手段互補的形式實現(xiàn)海上自主發(fā)電，通過蓄電池完成電力存儲以保證發(fā)電手段出現(xiàn)間斷時系統(tǒng)能夠持續(xù)運行，并在發(fā)電能力缺失的情況下為系統(tǒng)維護維修提供時間緩沖。供電系統(tǒng)通過交流220 V和直流48 V兩種母線形式完成對外電力輸送，并利用柴油機發(fā)電實現(xiàn)對臺體分系統(tǒng)大功率設(shè)備的電力保障。同時，供電系統(tǒng)將自身發(fā)電、蓄電和配電的各類狀態(tài)信息經(jīng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上報至智能管控系統(tǒng)。

智能管控系統(tǒng)利用部署在不同艙室內(nèi)的供電箱接入能源分系統(tǒng)的輸電母線，經(jīng)過穩(wěn)壓、整流為全系統(tǒng)電子設(shè)備提供不同形式的供電接口，并實現(xiàn)全系統(tǒng)電子設(shè)備的開關(guān)機管理。智能管控分系統(tǒng)具備主用、備用兩種手段，以獲取全系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)、物理環(huán)境狀態(tài)及信息交互狀態(tài)，完成系統(tǒng)狀態(tài)管理和故障診斷，同時根據(jù)用戶指令、當(dāng)前系統(tǒng)健康狀態(tài)或搭載服務(wù)分系統(tǒng)請求，完成設(shè)備開關(guān)機、參數(shù)配置和軟件更新等管控工作。

基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)除為系統(tǒng)搭建內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)以外，通過姿態(tài)/時統(tǒng)設(shè)備為全系統(tǒng)提供基礎(chǔ)位置、姿態(tài)和時間信息；通過內(nèi)外部環(huán)境傳感器，實現(xiàn)系統(tǒng)工作環(huán)境監(jiān)測；通過安防設(shè)備監(jiān)視臺體人員入侵情況和失火情況，并采取相應(yīng)警示處理手段；通過聲力電話和無線路由器，為維護人員提供臺體內(nèi)部和近距離通信手段。同時，基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)將上述采集到的信息經(jīng)內(nèi)外部通信鏈路上報至智能管控分系統(tǒng)和用戶，以便進行系統(tǒng)管控操作。

多源目標(biāo)處理系統(tǒng)連接各類用戶搭載設(shè)備和加載用戶業(yè)務(wù)處理軟件，根據(jù)用戶指令對其搭載設(shè)備進行運行策略設(shè)定和相關(guān)業(yè)務(wù)操作，并對搭載設(shè)備采集的信息進行匯集、處理與融合，以及根據(jù)形成的周邊態(tài)勢情況開展不同設(shè)備間的聯(lián)動操作，更好地完成用戶所需的信息感知與業(yè)務(wù)服務(wù)。同時，它將獲取的搭載設(shè)備狀態(tài)上報至智能管控分系統(tǒng)進行故障分析與診斷，在對岸通信質(zhì)量降低的情況下，為用戶搭載設(shè)備提供數(shù)據(jù)本地存儲能力。

信息傳送系統(tǒng)主要采用Ku衛(wèi)星通信和北斗通信兩種手段建立對岸無線信息傳送鏈路，通過主備兩個Ku衛(wèi)星通信設(shè)備對接岸基不同主站，保障寬帶通信鏈路。同時，信息傳送系統(tǒng)監(jiān)測各對外通信設(shè)備的工作狀態(tài)，獲取海上通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量信息，以實現(xiàn)對不同鏈路的切換，并根據(jù)當(dāng)前鏈路傳輸能力對各系統(tǒng)需回傳的數(shù)據(jù)進行組包發(fā)送。

4 系統(tǒng)工程特性設(shè)計

4.1 可靠性設(shè)計

海洋平臺電子信息系統(tǒng)在海上部署使用且無人值守，故障后需出海維修，且單次維修的準(zhǔn)備時間較長、維修本較高，因此僅當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生影響任務(wù)的嚴(yán)重故障時才需立即開展維修工作。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不影響任務(wù)的一般故障時，一般不需立即開展維修，而是盡量結(jié)合重要故障的維修或定期維護一并開展。因此，系統(tǒng)的可靠性工作應(yīng)著重關(guān)注系統(tǒng)的任務(wù)可靠性，盡量避免發(fā)生嚴(yán)重故障，降低出海維修頻率，提高系統(tǒng)可用性。

依據(jù)GJB 813—1990建立系統(tǒng)的任務(wù)可靠性模型。任務(wù)可靠性的故障判據(jù)：造成系統(tǒng)在任務(wù)期間不能為搭載設(shè)備提供必要的生存保障、能源供應(yīng)、智能管控和數(shù)據(jù)通信服務(wù)，導(dǎo)致搭載設(shè)備無法工作，必須立刻進行故障維修。其中，臺體分系統(tǒng)中為油機發(fā)電提供通風(fēng)排氣、變壓以及供油等配套設(shè)備的可靠性，將在供電分系統(tǒng)中一并進行考慮。任務(wù)可靠性框圖模型如圖3所示。

4.2 維修性設(shè)計

根據(jù)海洋平臺電子信息系統(tǒng)的任務(wù)特點和工作特性，系統(tǒng)的維修等級大致分為基層級（現(xiàn)場級）和基地級（返廠維修）。

4.2.1 基層級（現(xiàn)場級）

根據(jù)故障表現(xiàn)，基于綜合管控系統(tǒng)、BIT或自動檢測設(shè)備的故障定位信息，在平臺系統(tǒng)工作現(xiàn)場直接定位故障并更換LRU。該級別不負(fù)責(zé)LRU的維修，直接送往基地級進行LRU的維修?；鶎蛹壘S修職能流程如圖4所示。

4.2.2 基地級（返廠維修）

對故障LRU采用專用設(shè)備定位到SRU或元器件，并通過更換SRU或元器件等方式完成維修或直接報廢處理?；丶壘S修職能流程如圖5所示。

4.3 測試性設(shè)計

由于系統(tǒng)在海上部署，現(xiàn)場維修測試環(huán)境較為惡劣，且到現(xiàn)場后進行故障檢測和隔離會存在無法提前準(zhǔn)備和攜帶備件和維修工具等問題，從而增加了整體維修時間和維修成本。系統(tǒng)整體測試性和診斷設(shè)計應(yīng)遵循系統(tǒng)自動測試為主、人工測試為輔的設(shè)計原則，盡量實現(xiàn)在出海維修前系統(tǒng)能夠確認(rèn)故障設(shè)備和故障模式并報送岸基，使得維修人員在出海前能夠提前備好備品、備件和維修工具，降低維修的時間和經(jīng)濟成本。

圖5 基地級維修流程

系統(tǒng)自動測試方面，系統(tǒng)安裝了傳感器、監(jiān)控設(shè)備等硬件，并將數(shù)據(jù)上報到綜合管控主機。綜合管控主機上的故障診斷軟件將綜合分析各類數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)故障的檢測和隔離。系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)盡量使用具有自檢功能的設(shè)備，安裝必要的傳感器，設(shè)計故障檢測機制，配合故障診斷軟件，從而實現(xiàn)對故障或異常情況的檢測和隔離。

系統(tǒng)人工測試方面，根據(jù)維修等級和維修任務(wù)分析，基層級（現(xiàn)場級）維修的主要工作是更換LRU，因此外部測試的目標(biāo)通過現(xiàn)場的人工測試或自動診斷設(shè)備的測試將故障隔離到LRU。

4.4 保障性設(shè)計

系統(tǒng)應(yīng)制定維修保障規(guī)劃，對故障維修、定期維護內(nèi)容以及所需人力及物資做出相應(yīng)計劃。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生影響任務(wù)的嚴(yán)重故障時，需開展修復(fù)性維修工作。出海前，將根據(jù)故障診斷軟件進行故障定位，并根據(jù)故障診斷信息確定維修所需的人員、工具、備件和技術(shù)資料。如有可能，修復(fù)性維修應(yīng)盡量和定期維護保障工作合并進行。

應(yīng)明確出海維修保障的規(guī)程，并能根據(jù)維修保障工作確定出海所需的船只、人員、工具、備件及技術(shù)資料要求，便于在海上開展設(shè)備維修更換、設(shè)備加裝以及燃油補充等維修維護工作。系統(tǒng)以預(yù)埋形式安裝的零部組件應(yīng)具備詳細(xì)清單，及其數(shù)字化規(guī)范的圖紙或三維模型。

4.5 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

海洋平臺電子信息設(shè)備在制造檢驗出廠后，壽命期剖面如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備壽命環(huán)境剖面

系統(tǒng)設(shè)備主要考慮低溫、高溫、濕熱、霉菌、鹽霧、淋雨/海浪、振動、太陽輻射、淋雨/海浪以及風(fēng)等環(huán)境因素的影響，其中僅艙內(nèi)設(shè)備不需考慮太陽輻射、淋雨/海浪、風(fēng)等環(huán)境的影響，并針對以上環(huán)境因素確定環(huán)境適應(yīng)性要求。

4.6 安全性設(shè)計

應(yīng)用初步危險性分析（Application of Preliminary Hazard Analysis，PHA）方法，對浮臺設(shè)計存在的危險因素類型、來源、出現(xiàn)階段、導(dǎo)致的事故后果以及有關(guān)防范措施等進行概略分析。

分析認(rèn)為，系統(tǒng)主要存在強電磁輻射、短路、觸電、雷擊、起重傷害、機械傷害以及噪聲等危險因素。

4.7 電磁兼容性設(shè)計

海洋平臺電子信息系統(tǒng)作為一型海上綜合信息設(shè)備部署載體，將布置眾多無線設(shè)備，其中大功率發(fā)射設(shè)備與小信號接收設(shè)備共存，并且都部署在一個相對較小的平臺上，會遇到嚴(yán)重的頻率使用沖突問題和共場地干擾問題。

共場地干擾問題主要包括發(fā)射機反向互調(diào)失真、發(fā)射機寬帶噪聲、發(fā)射機諧波和非諧波亂真發(fā)射、接收機互調(diào)以及寄生響應(yīng)等。同時，平臺通信設(shè)備與其他系統(tǒng)之間也存在兼容問題。克服共場地干擾的措施主要有增大天線隔離、為收發(fā)機附加RF濾波器和合理的頻率管理等。

因此，一方面通過天線合理布局、射頻濾波器控制發(fā)射頻譜和接收響應(yīng)特性、艙內(nèi)單元EMC設(shè)計、良好的接地等保障措施來實現(xiàn)系統(tǒng)電磁兼容性，另一方面必須制定合理的同頻帶收/發(fā)設(shè)備分時使用的原則。

總體而言，在海洋平臺電子信息系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)分別按照工作時間、工作頻段以及空間布設(shè)位置3個維度解決電磁兼容性問題。

5 結(jié)語

針對國內(nèi)外各型海洋平臺電子信息系統(tǒng)的發(fā)展情況，研究一型無人值守、智能化、靈活布署、生存能力強以及可持續(xù)工作的海洋平臺電子信息系統(tǒng)，提出了“四橫三縱”的體系結(jié)構(gòu)模型，明確了海洋平臺電子信息系統(tǒng)包括電子信息系統(tǒng)、平臺系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的功能架構(gòu)和工作原理，同時重點對可靠性、維修性、測試性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性、安全性和電磁兼容性等系統(tǒng)工程特性設(shè)計要素進行逐一設(shè)計分析，可為海洋平臺電子信息系統(tǒng)設(shè)計建模、指標(biāo)分解、研制集成和功能聯(lián)試提供科學(xué)的設(shè)計思路和方法。