基于故障树的雷达故障诊断方法研究

李华

摘 要：文章对基于故障树的雷达故障诊断方法研究，以期为雷达故障诊断的研究提供一定的参考，为基于故障树的雷达故障诊断的应用提供一定的理论支持。

关键词：故障树；雷达；故障诊断；方法

1 故障树概述

1.1 定义

故障树分析主要研究的是一个系统不希望出现的故障问题，根据这一系统的功能以及其内部结构，先找到可能引发故障的所有因素，把这些引发故障的因素作为中间事件，再通过对这些因素进行分析，进而找到引发中间事件的所有因素，根据这一方法顺次向下推及，直至找到这一系统的底事件。

1.2 基本概念

顶事件：是故障树模型中最高处所发生的故障，即真实的系统故障。

中间事件：是能够引发顶事件的事件，但不是导致故障的最低端的事件，其故障也是由下一级事件所引发的。根据系统自身的特点，会出现多级中间事件。

底事件：是故障树中最低端的事件。故障树通过逻辑门以及一些特定符号将底事件、中间事件以及顶事件相连接，主要包括“或门”“与门”和“转移符号”。“或门”指的是所有子事件中只要有大于等于一个发生就会使得父事件发生；“与门”指的是所有子事件必须同时发生才会使得父事件发生；系统有时也会出现较为复杂的树系统，甚至是不同问题树之间相连接，这时就是用到了“转移符号”[1]。

2 故障树原理及构建方法

2.1 故障树的建造方法

故障树的建造按如下几个步骤进行。

（1）首先，应该全面学习有针对性的分析所需要建立故障树的系统。相关人员必须对该系统的结构类型、设计原理、信号传输以及可能出现故障的问题点等进行系统的学习。要想建立故障树，要求工作人员有科学系统的知识，这也是在建立故障树中最为复杂的一步。

（2）故障树顶事件的确定：顶事件也就是系统实际过程中所发生的故障，不同的设备系统故障问题各不相同，其中可能包括复杂的问题事件和简单的问题事件，在选择顶事件时通常将最为疑难的事件作为顶事件。

（3）故障树的建立：在将顶事件确定完成后，需要对导致顶事件的所有可能性进行逐步分析，进而确定中间事件，再针对不同的中间事件进行分析，直至找到引发中间事件的所有底事件为止。再将所有事件通过符号等相连接，建立系统的故障树模型。

（4）对故障树进行整理与优化：对底事件以及中间事件进行分析，将不可能以及多次出现的事件去除掉，结合系统的实际情况，对故障树进行完善。

建立完成之后，针对故障进行定量以及定性分析。

2.2 故障树构建方法

2.2.1 定性分析

故障树的定性分析主要指的是故障树的割集，找到其中的最小割集。割集主要是故障树中出现的故障树最低端的底事件所构成的一个集合。例如，故障树中存在n个底事件Y1，Y2，Y3......Yn，事件A={Y1，Y2，Y3......Ym}（m≤n）是这一故障树中的一个集合，当A中的所有事件全部发生时，一定会使得顶事件发生，则事件A是该故障树中的一个割集。如果集合A中的底事件有任意一个不发生，则该顶事件就不会发生，则割集A就是系统的最小割集。

最小割集指的是系统发生问题的最根本问题的集合，因此也是进行故障分析的重中之重。通常使用下行法对故障树中的最小割集进行分析。先从顶事件进行分析查找，查找过程中遇到“与门”将与门下的所有事件一一列举，遇到“或门”就将其下的所有事件一一列举，直至所有事件都转化为底事件为止。再将割集进行比较分析，进而找到最小割集。

求解某雷达固态激励源的最小割集。

这样就得到固态激励源故障树的8个最小割集：{Y1}；{Y2}；{Y3}；{Y4}；{Y5}；{Y6}；{Y7}；{Y8}。

2.2.2 定量分析

故障树中通常使用定量分析来找出系统发生顶事件概率和一些其他因素。其中包含底事件中发生故障的概率情况，以及每一个最小割集的概率情况，进一步分析出每一个底事件能够导致顶事件发生的概率情况。

故障树中对底事件问题概率的分析主要是工作人员根据自身工作经验确定的，最小割集的故障概率的计算是通过所有他所包含事件的概率的积所計算出来的。故障树顶事件故障的情况就能够依照此方法得到。

3 故障树在雷法故障检测中的应用实例分析—以发射机为例

3.1 建立雷达发射机故障树

雷达发射机首先把所需要的高频信号通过一定的部件进行放大，之后再通过射频以及天线把这些部分高频无线信号辐射出去，这些信号在经过特定的功放电路进行一定的处理，其中的处理部件是发生问题概率较大的部件。通过使用故障树分析的方法针对该系统进行分析，重点对发射机的模块进行准确的分析[2]。雷达的发射机模块的故障树如图1所示。

图1中，顶事件T表示发射机故障小并且正常工作的情况。中间事件U1代表的是发射机故障小同时能发射出所需要的射频信号，U2所表示的是电源模块出现故障的情况，U3表示发射机功率放大模块故障。底事件X1表示频率控制故障，X2表示信号调制故障，X3和X4表示功率放大故障。X5和X6表示电源模块故障。

3.2 结构函数及结构重要度分析

根据上述计算得，X1， X2事件的重要程度相同，重要度为1，X3， X4， X5， X6事件的重要程度相同，总要度为0.5。若其他因素不会导致故障的前提下，事件X1， X2使得机器故障的可能性最大。因此，在进行检修时重点考虑事件X1， X2，并对两事件作更多的关注多加分析。但是如果该事件的故障概率极低，则该事件作为引发故障事件的可能性就会大幅度降低，这个底事件不一定就是故障关注点。

3.3 顶事件概率及概率重要度分析

底事件概率重要度重点关注了各个底事件发生的概率问题以及导致顶事件发生变化的可能性。

根据上述计算表明，事件3、4、5、6，因为存在冗余设计，则其故障概率有极大的降低，很大程度上降低了它们的故障发生率，对该系统的优化作出了重大的贡献。所以在该雷达设计过程中，针对安全性较低，故障发生可能性较大的元件需要进行冗余设计，进而降低系统的故障率。本文针对雷达发射机发生故障时出现故障的概率进行分析，可以初步判断出事件1、2发生故障，应该重点进行优化处理。在实际雷达发射机以及一些较大型设备的检测维修过程中，需要对可能出现故障的事件的发生概率进行排序，从高到低依次进行检查维修，逐个进行优化处理，最大程度上通过分析优化处理节约人力物力，减少诊断故障的事件。对故障树进行分析维修，程序化处理，促进生产的高效便捷，提高经济效益。

4 结语

本文对故障树分析法进行研究，对其原理、概念等作出了解释，重点分析了故障树分析法中的定量分析以及定性分析，介绍确定最小割集的方法，之后，以雷达发射机的故障分析为例子，对其进行了详细的分析计算，对所分析出的故障重要度依次排列，对其逐个进行故障检查，最终找出故障部件。