夏勇
（华东电子工程研究所，安徽
合肥
２３００３１）
摘要：现代雷达追求机动化的发展方向，这对雷达机电系统的可靠性设计提出了更高的要求。介绍了机动
式雷达机电一体化系统可靠性设计的要点，以及一种针对雷达机电设备的状态监测和故障诊断系统。 关键词：雷达；机电一体化系统；电磁兼容；故障诊断中图分类号：ＴＮ９５６
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－５４６８（２００６）０５－０００７－０３
ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＤｅｓｉｇｎｆｏｒＭｏｂｉｌｅＭｅｃｈａｎｏｔｒｏｎｉｃｓＲａｄａｒＳｙｓｔｅｍ
ＸＩＡＹｏｎｇ
（ＥａｓｔＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｄｅｒｎｒａｄａｒｓａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｏｗａｒｄｓｍｏｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｉｓａｃｈａｌｌｅｇｅｆｏｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
ｄｅｓｉｇｎｏｆｒａｄａｒｍｅｃｈａｎｏｔｒｏｎｉｃｓｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｍａｉｎｐｏｉｎｔｓｏｆｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｄｅｓｉｇｎａｎｄａｃｏｎｄｉｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｏｂｉｌｅｍｅｃｈａｎｏｔｒｏｎｉｃｓｏｆｒａｄａｒｓｙｓｔｅｍａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｄａｒ；ｍｅｃｈａｎｏｔｒｏｎｉｃｓｓｙｓｔｅｍ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ；ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ
收稿日期：２００６－０６－２８
作者简介：夏勇（１９７２－），男，安徽合肥人，华东电子工程研究所高级工程师，主要从事雷达机电系统设计工作。
电子产品可靠性与环境试验
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＰＲＯＤＵＣＴＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＴＥＳＴＩＮＧ
可靠性设计与工艺控制
２００６年１０月第２４卷第５期
Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．５Ｏｃｔ．，２００６
１
引言
现代雷达的发展追求高机动化，要求雷达具有
到达阵地后，天线能快速架设、进入工作状态和遇到紧急状态时能快速撤收、撤离等功能。如图１所
示，机动式雷达机电一体化系统的技术含量高，集机、电、液多种技术于一体。与普通的设备相比较，其发生故障的概率也相应地增加。因此，对雷达机电系统的可靠性设计提出了较高的要求。
２
雷达机电系统的可靠性模型
可靠性是评价产品质量的一种标准，其含义是
指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定的功能的能力。从定义来看，雷达机电系统的可靠性
图１机动式雷达工作状态
电子产品可靠性与环境试验２００６年
首先受规定条件的制约。环境条件（高温、低温、振动、冲击等）、负载条件、工作方式、储存和维护条件都直接影响其可靠性。另外，雷达机电系统的可靠性也与规定时间相关。机电一体化设备经过跑合、调试、拷机，以及整机经过较长时间的稳定使用后，其可靠性水平随时间的增长而逐渐降低。
pc-based机动式雷达机电一体化系统从结构组成和所完成功能的角度可划分为４个部分：机电调平子系统、液
压升降子系统、阵面翻转和天线驱动子系统。雷达机电系统的这４个子系统构成了一个串联系统，其可靠性模型如图２所示。
其可靠性数学模型可以表示为：
Ｐ（Ａ）＝Ｐ（Ａ１）Ｐ（Ａ２）Ｐ（Ａ３）Ｐ（Ａ４）
若串联单元可靠度Ｒ
Ｓ
（ｔ）＝ｅｘｐ（－λｉｔ），则机电系统可靠度Ｒ（ｔ）可表示为：
野麻草
Ｒ（ｔ）＝
４
ｉ＝１
!ｅｘｐ（－λｉｔ）
３系统的可靠性设计
３．１系统的简化、优化设计
对于雷达机电系统应进行统一性设计。在同一系列产品中，具有相同功能的机电部件应尽可能地采用模块化设计，使其具有互换性。例如：机电式调平撑腿、阵面翻转丝杆传动机构、转台齿轮传动机构等。对于电气控制电路，应采用成熟技术进行设计，控制方法力求简化。由于计算机技术及可编程器件的引入，应尽可能地通过增强软件功能的方法来减少硬件的设备量。在机电系统内部设置较为可靠的ＢＩＴ（ｂｕｉｌｔ－ｉｎｔｅｓｔ）系统，可以实施故障的监测、定位和隔离。
３．２元器件的合理选用
应在符合雷达整机室外环境使用要求的框架下（高低温、振动、盐雾等），根据优选手册或在定点范围内，选用合格的元器件。对于新品元器件，应事先通过试验、鉴定和质量认证。３．３机电设备的跑合试验
由于机电设备中含有齿轮、丝杆、减速器等传动机构，同时对零件的结构尺寸、装配要求较高，有必要在设备总装之前对机电设备进行跑合试验。跑合试验时，常先空载，然后再逐步地施加一定的负载直至达到实际的负载要求。通过机电设备的跑合试验，可以加速其内部物理进程的发展，使其在加工、装配中的缺陷予以早期暴露。另一方面，按照跑合试验的规定进行使用和保养，能使机电设备在较短的时间内以最小的磨损量，达到最优的工作状态，从而大大延长机电设备的使用寿命。
３．４冗余设计
冗余设计是指在系统完成任务起关键作用的地方，提供一种以上的功能通道或部件，以减少系统或设备出现故障的概率，构成高可靠的系统。例如：在机电系统的操作控制方式上采用冗余设计，使用远程遥控和本地控制可以相互切换的方式。远程遥控是指操作员使用雷达终端界面通过ＲＳ４８５总线对机电系统进行远程操作，本地控制是指操作员直接使用机电系统内的人机界面对系统进行操作。光催化机理
４环境条件及耐环境设计
４．１电磁兼容设计官林论坛
雷达机电一体化系统是一个弱电（信息流）与强电（能量流）混合工作的典范。形成电磁干扰应具备以下３个条件：存在干扰源；有对干扰敏感的接收单元；有耦合通道，即能把干扰能量耦合到敏感接收器上，并使系统明显恶化的介质。在系统设计中，只要消除任何一个因素，干扰就会被消除。
高弹性联轴器雷达机电系统中的主要干扰源有：方位驱动变频控制器、雷达发射机、电机及开关器件等。在雷达机电系统中，许多部件、元器件都会成为被干扰的敏感单元。在机电系统中电磁干扰的敏感器件通常包括智能控制单元和接口器件、传感器（接近开关、水平传感器、增量式码盘等）、通讯串口、电磁阀、继电器（接触器）等。雷达机电系统中的主要干扰途径有：传导耦合、公共阻抗耦合、辐射耦合、线间感应耦合等。
雷达机电系统的电磁兼容设计就是采用屏蔽、隔离、接地、滤波等方法将外系统对本系统干扰以及本系统对外部的干扰减弱。选择抗干扰能力强的元器件以及提高固有元器件的抗干扰强度等设计，
图２机电系统的可靠性结构模型
第５期
使机电系统内的部件对于电磁干扰敏感程度降低。
４．２热设计
当机电设备工作时，本身温度会升高，同时设备周围的环境温度也会影响设备自身的温度。而温度的升高，又会缩短机电设备的使用寿命。另外，如果环境温度太低，机电设备就无法正常启动，应该给机电设备提供预热的时间。因此，热设计是雷达机电系统可靠性设计的重要方法之一。通常在机电系统内设置温度控制系统，将系统内的温度保持在一定的范围内。
４．３机械防振设计
由于机动式雷达机电设备多装载于机动车平台上，以方便机动转移。这对于机动雷达机电设备在振动、冲击设计方面提出了较高的要求。我们结合机动式雷达机电设备的工作特点和安装位置，采用了
紧固、约束、隔振、缓冲为主的防振、抗冲击设计。从多次长途跑车试验和基层部队实际使用的情况看，系统运行效果良好。
４．４“三防”设计
为适应雷达全天候的使用环境，有必要对机电系统的设备进行防潮湿、防盐雾、防霉菌的“三防”设计。常用的防护措施包括：材料防护、工艺防护、结构防护、隔离防护等。在“三防”设计中应特别注意室外用电缆接插件以及机电控制箱内部的印制电路板、外购器材的防护。
５状态监测与故障诊断系统
５．１概述
早期的雷达机电一体化设备通常缺乏有效的状态检测和故障诊断系统，对于故障的发生缺乏预见性。发生故障后，通常需要依赖操作者的经验来处理故障。设计一个操作方便、实用可靠的故障诊断系统是提高雷达机电系统可靠性的一个重要途径。
雷达机电设备的状态监测与故障诊断系统由以下３个部分组成：人机界面系统、状态监测系统、数据处理和故障诊断系统。
５．２人机界面
通常使用触摸屏作为机电系统中的人机界面，不仅可以对操作员的具体使用、操作进行提示，还可以显示故障代码及其故障诊断措施等内容。５．３状态监测
通过各种类型的传感器，采集机电系统中的各种状态。通常采用的传感器有：接近开关、行程开关、光电码盘、压力传感器、温度传感器等，所采集的状态量通常有：运动构件的位移信息，旋转构件的角度信息，液压系统的压力、温度、液位等信息，电机驱动器的输出力矩、运行频率等信息。
５．４数据处理、故障诊断
可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）接收来自传感器的数字量与模拟量信号。对于原始信号进行滤波、算术平均等处理后，再与标准数值或门限值比较。故障诊断是根据这些状态量，依据故障树分析法，出故障原因。通过人机界面显示故障代码，并提示故障的处理办法。通过ＲＳ４８５总线将状态、故障信息送至雷达终端并显示。其流程如图３所示。
６结束语
可靠性设计应该贯穿到武器装备的全寿命周期中去，对于在使用时出现的故障问题要仔细分析并加以改进，不断消除装备的质量缺陷，使雷达机电系统的可靠性设计趋于完善。
参考文献：
［１］王锡吉，李平．可靠性工程［Ｍ］．北京：电子工业质量与可靠性培训中心，１９９９．
［２］邹桂根．机电一体化可靠性设计［Ｍ］．上海：上海交通大学出版社，１９９６．
［３］李均阁．某弹载雷达的可靠性设计［Ｊ］．电子产品可靠性与环境试验，１９９６，（６）：３５－３７．
［４］王大宇，林其生．推土机状态监测与故障诊断系统［Ｊ］．建筑机械，２００６，（１）：７７－７８．
图３状态检测和故障诊断流程
郑道传
夏勇：机动式雷达机电一体化系统的可靠性设计
