陈 飞，周俊宇，陈 伟

（南京电子技术研究所，江苏 南京210039）

1 研究背景

随着信息化技术的不断发展，雷达系统在现代电子战中起到越来越重要的作用。雷达系统功能复杂、工作环境恶劣，影响其可靠性的因素较多[1-2]。现阶段主要依靠定期维修的策略提升雷达系统的可靠性，然而很多故障在产生之前没有任何征兆，只有等到故障出现以后才能得到维修，严重影响了雷达系统的正常使用。不仅如此，由于雷达系统的复杂性，对其进行单次维修的成本较高，若维修间隔的周期较短，则会造成“维修过剩”；若维修间隔的周期较长，则不能将故障及时检出，会造成“维修不足”。因此，只有对雷达系统的使用状态进行实时、有效的预测并制定合理的维修策略，才能更好地发挥其作战效能。

文献[3]提出了一种利用人工神经网络对雷达进行故障预测的方法，通过采集磁控管的高压监测数据，可对设备的故障状态进行预测；文献[4]提出了一种基于改进UGM（1，1）模型的方法进行雷达故障预测，该模型引入了新陈代谢的思想，不断对雷达系统的信息进行更新，实现了对雷达磁控管故障的有效预测；文献[5]提出了一种利用支持向量机进行雷达故障诊断的方法，以选定电路板中测试点波形的频率和幅度为特征进行分类，实现了对雷达频综器的故障信息进行有效预测；文献[6]提出了一种改进序化关系模型的雷达系统可靠性评估方法，可通过融合联试数据和验证试验数据对雷达的可靠性水平进行评估。然而，雷达系统故障的多样性较高，并且很多故障具有模糊性的特征，即在故障发生前没有具体的参数可测，极大限制了以上多类基于可测指标参数进行故障特征识别方法的适用性。近年来，模糊理论[7]作为一种能够有效处理模糊关系的工程应用方法，在船舶设备[8-9]、导弹武器装备[10-12]等领域的可靠性及维修性研究成果不断。文献[13]针对雷达系统维修方案的选择问题，通过引入Vague 集处理维修方案的模糊信息，为不同的雷达维修方案选取制定了策略。然而，利用雷达系统的故障经验数据对整机进行可靠性评价的研究并不多。

针对雷达系统故障信息模糊、特征参数获取不完整的特点，对某型舰载雷达系统的故障经验数据进行了长期积累和归纳，采用模糊理论建立了一种雷达可靠性评估模型，可对雷达系统的可靠性进行实时预测，为制定合理的雷达系统维修策略提供技术支持。

2 雷达故障特征

2.1 雷达组成

一般而言，雷达系统根据功能可以分为射频系统、控制与显示、信号与数据处理、电源系统、环控系统以及其他单元等，如图1 所示。

图1 典型的雷达系统组成单元

2.2 单元故障统计

雷达系统通常处在恶劣的使用环境中，各单元不可避免地会产生故障，且难以准确、完整地获取与系统故障相关的特征参数，具有模糊性的特征。本文积累了某型舰载雷达系统在正常使用期内的故障经验数据，并对近1 000 h 内的故障频次进行了统计，结果如表1 所示。从表1 中可以看出，在该型雷达系统中，不同单元的故障情况不尽相同。同时，由于不同单元的故障对雷达系统正常使用产生的影响程度各异，如电源系统的故障频次较高，但电源系统的部分故障不影响雷达系统的正常工作；信号与数据处理的故障频次较低，但故障一旦产生，雷达系统将无法工作，产生的影响程度较高。根据专家经验，将不同单元故障的严酷程度定义为1—5 级。严酷等级越高表示该单元产生故障时对雷达系统正常使用的影响程度越大，其中5 级表示严酷程度最高，雷达功能和性能均无法满足使用要求，而1 级表示短期内对雷达系统的使用无影响。

表1 某型雷达组成单元的故障数据统计

3 可靠性评估模型

3.1 评估流程

由于雷达系统的复杂性，难以通过某一单元的使用状态对雷达系统的可靠性水平进行全面评估。为了将雷达系统的可靠性水平量化以便制定合理的维修策略，本文基于某型舰载雷达的历史故障经验数据，采用模糊理论建立了一种雷达系统可靠性的评估模型，该评估模型的基本流程如图2 所示。

图2 雷达系统可靠性模型评估流程图

图2 中，可靠性评价指标fi选取为雷达单元在近1 000 h 内的故障频次。通过引入隶属度函数D（f）将各个组成单元故障频次对雷达系统可靠性的影响程度定量化，得到雷达系统的单元可靠度值Di。不失一般性，本文中构建的评估指标隶属度函数选用降半抛物型分布，其表达式如下：

式（1）中：a为评估指标下限值，根据专家经验，其取值为1；b为评估指标上限值，根据专家经验，其取值为15。

由于每个单元的可靠性对雷达系统可靠性的影响程度不一，根据式（1）计算得出的单元可靠度值Di仍然无法准确反映雷达系统可靠性的高低，因此，令每个雷达单元故障时的严酷程度C为指标权重，则雷达系统当前状态下的综合可靠度值可通过式（2）计算得出：

3.2 可靠性等级

根据上述评估模型计算得出的雷达系统综合可靠度值，其数值范围介于0～18 之间，本文将雷达系统的可靠性分为4 个等级，制定了如表2 所示的雷达系统可靠性等级评估表。表中的可靠性等级可以有效表征雷达系统当前的可靠性状态，当该可靠性等级为四级或三级时，表示雷达系统当前的可靠性较高；当可靠性等级处于二级或一级时，表示雷达系统当前的可靠性较低，提示应进行及时的巡检与维修。

表2 雷达系统可靠性等级评估表

4 应用验证

4.1 验证实例

基于本文提出的雷达可靠性评估模型，对3 台某型号舰载雷达的故障经验数据进行了验证，该3 台雷达在近1 000 h 内的故障频次分别如表3 所示。其中，1 号雷达距前次的维修时间为1 100 h，2 号雷达距前次的维修时间为2 300 h，3 号雷达距前次的维修时间为4 200 h。

表3 近1 000 h 故障概率频次f

4.2 验证效果

根据表3 中的故障经验数据，通过本文提出的可靠性评估模型，计算得出该3 台不同雷达的可靠度值及相应的可靠性等级，如表4 所示。从表4 中可以看出，1 号雷达系统的可靠度值最大，提示系统当前的可靠性水平较高；3 号雷达系统的可靠度值最小，提示系统当前的可靠性水平较低，应及时进行巡检与维修。通过对比可以看出，本模型得出的雷达系统可靠性预测结果与实际情况较为吻合。

表4 不同雷达安全度的评估结果

5 总结

本文通过对某型舰载雷达系统的故障经验数据进行统计、分析，基于模糊理论建立了一种雷达系统可靠性评估模型，可对雷达系统当前的可靠性程度进行有效预测。对不同的雷达系统进行了对比实例验证，表明该模型在实际应用中取得了良好的效果，可为多类别雷达的维护、巡检提供指导，具有重要的推广意义。