雷達(dá)故障檢測(cè)應(yīng)用設(shè)計(jì)

專家系統(tǒng)是一種用來對(duì)人類專家的問題求解能力建模的計(jì)算機(jī)程序。它是一個(gè)智能程序系統(tǒng)，內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，能夠利用這些知識(shí)和方法來處理該領(lǐng)域的問題。

專家系統(tǒng)具有：?jiǎn)l(fā)性——不僅能使用邏輯性知識(shí)，還能使用啟發(fā)性知識(shí)；透明性——能向用戶解釋它們的推理過程，還能回答用戶的一些問題；靈活性——系統(tǒng)中的知識(shí)便于修改和擴(kuò)充；推理性——系統(tǒng)中的知識(shí)必然是一個(gè)漫長(zhǎng)的測(cè)試、修改和完善過程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，專家系統(tǒng)（Expert System）已廣泛應(yīng)用于各種故障檢測(cè)領(lǐng)域。由于它所具有的啟發(fā)性、透明性、靈活性、推理性等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而更適合于雷達(dá)等軍事電子裝備的維護(hù)和維修。

圖1 專家系統(tǒng)原理圖

由于某些雷達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障發(fā)生率高，檢測(cè)難度大，在現(xiàn)場(chǎng)分析、判斷和處理這些故障時(shí)，主要依賴維修人員的經(jīng)驗(yàn)，維修質(zhì)量和效率往往難以得到保證。因此，開發(fā)故障檢測(cè)專家系統(tǒng)，以提高故障檢測(cè)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

專家系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)
圖1所示為專家系統(tǒng)原理圖，圖2為低層診斷模型。

圖2 低層診斷模型

以低層診斷為基礎(chǔ)，推理機(jī)結(jié)合部件故障知識(shí)進(jìn)行推理診斷，得到高層故障假設(shè)結(jié)論；若假設(shè)故障被確認(rèn)，元知識(shí)庫(kù)啟動(dòng)推理機(jī)，從假設(shè)結(jié)論出發(fā)，再利用目標(biāo)級(jí)故障知識(shí)推理診斷，直到得出結(jié)論（見圖3）。

圖3 高層故障診斷模型

系統(tǒng)組成及工作流程
1 故障檢測(cè)專家系統(tǒng)組成
故障檢測(cè)專家系統(tǒng)組成如圖4所示。專家系統(tǒng)是一種包含知識(shí)和推理的智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，通常由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、人機(jī)接口、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取模塊以及解釋程序組成。

圖4 故障檢測(cè)專家系統(tǒng)組成

知識(shí)庫(kù)是一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，是專家系統(tǒng)的核心組成部分，它用于存儲(chǔ)從專家那里得到的關(guān)于某一特定領(lǐng)域?qū)ｉT知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。知識(shí)庫(kù)所存儲(chǔ)的知識(shí)都屬于比較穩(wěn)定通用的專家領(lǐng)域知識(shí)和規(guī)則，一般包含專家知識(shí)、領(lǐng)域知識(shí)和元知識(shí)。其中，專家知識(shí)是領(lǐng)域?qū)＜覐拈L(zhǎng)期工作實(shí)踐中獲得的經(jīng)驗(yàn)性總結(jié)；領(lǐng)域知識(shí)是指一種廣泛公用的知識(shí)，包括書本上的知識(shí)及一些一般性常識(shí)；元知識(shí)是利用知識(shí)進(jìn)行推理的知識(shí)。

推理機(jī)是人類專家思維機(jī)制的一種算法表示和機(jī)器實(shí)現(xiàn)，包括推理機(jī)制和控制策略，是根據(jù)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行各種搜索和推理的程序模塊，用于控制系統(tǒng)的運(yùn)行和執(zhí)行各種任務(wù)。其中，推理部分是運(yùn)用已有的知識(shí)和規(guī)則去推理，以謀求新的結(jié)論，而控制策略部分的作用是確定運(yùn)用規(guī)則進(jìn)行推理的順序，并決定下一步的工作。推理機(jī)根據(jù)用戶當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)，搜索知識(shí)庫(kù)中相關(guān)的知識(shí)，并應(yīng)用其中的規(guī)則和某種推理策略去推導(dǎo)出結(jié)論，向用戶提供解決指定問題的答案。

綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是用于存儲(chǔ)所檢測(cè)問題領(lǐng)域內(nèi)原始特征數(shù)據(jù)的信息、推理過程中得到的各種中間信息和解決問題后輸出結(jié)果信息的存儲(chǔ)器。

知識(shí)獲取模塊是專家系統(tǒng)和領(lǐng)域?qū)＜摇⒅R(shí)工程師的接口。通過它與領(lǐng)域?qū)＜液椭R(shí)工程師的交互，使知識(shí)庫(kù)不僅可獲得知識(shí)，而且可使知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)得到不斷的修改、充實(shí)和提煉，從而使系統(tǒng)的性能得到不斷的改善。

解釋程序能夠?qū)ν评磉^程做出解釋，不僅可以解釋推理的路線和為什么需要詢問那些特征信息數(shù)據(jù)，而且可以解釋推理得到的正確結(jié)論。

2 工作流程
故障檢測(cè)專家系統(tǒng)是通過推理機(jī)與知識(shí)庫(kù)和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的交互作用來求解問題的，這種求解過程有如下幾個(gè)步驟：

（1）用戶將故障現(xiàn)象交給人機(jī)接口，人機(jī)接口將故障信息送入推理機(jī)。

（2）推理機(jī)根據(jù)故障信息按一定的搜索策略，依據(jù)用戶反饋信息進(jìn)行正向推理，并結(jié)合當(dāng)前的推理狀態(tài)，從知識(shí)庫(kù)的故障樹結(jié)點(diǎn)事件提取交互信息，提供給人機(jī)接口，以提問或操作要求的方式顯示。

（3）解釋程序?qū)ν评頇C(jī)運(yùn)算出的每一步推理狀態(tài)進(jìn)行分析并做出簡(jiǎn)明易懂的解釋。

（4）解釋程序記錄故障檢測(cè)每一步的推理狀態(tài)，并提取相應(yīng)圖形符號(hào)，經(jīng)過人機(jī)接口以流程圖的方式將推理過程顯示。這些模塊彼此配合，互遞信息，共同完成故障定位、排除和維修提示等任務(wù)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1 設(shè)計(jì)依據(jù)
故障檢測(cè)專家系統(tǒng)主要基于該雷達(dá)的系統(tǒng)自檢過程和設(shè)計(jì)人員的人工經(jīng)驗(yàn)，通過配套的檢測(cè)設(shè)備采集故障信息，并通過串行通信將故障信息傳遞給計(jì)算機(jī)；或通過人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、維修的自動(dòng)化和智能化。
系統(tǒng)自檢過程是現(xiàn)代雷達(dá)最基本的一種功能，它包括：開機(jī)自檢、周期性自檢、停機(jī)維護(hù)測(cè)試等。系統(tǒng)自檢產(chǎn)生的信息可簡(jiǎn)單地分為：(1) 子系統(tǒng)測(cè)試信息——發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天饋線、伺服系統(tǒng)、信號(hào)數(shù)據(jù)處理機(jī)及主控臺(tái)等子系統(tǒng)的自檢信息。(2) 系統(tǒng)測(cè)試信息，主要用來檢測(cè)、校正和調(diào)整雷達(dá)的狀態(tài)及各子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。專家系統(tǒng)所針對(duì)的雷達(dá)，通過自檢便基本可判斷出產(chǎn)生故障的子系統(tǒng)，因而故障檢測(cè)直接針對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)。

專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、人機(jī)接口、解釋器、知識(shí)獲取器和系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。其中，知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和系統(tǒng)軟件是主體，也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2 知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì)
知識(shí)庫(kù)主要功能是存儲(chǔ)和管理專家系統(tǒng)中的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)主要由故障分類***故障分類表、故障現(xiàn)象表以及所有的故障知識(shí)表（故障數(shù)據(jù)庫(kù)）組成。知識(shí)庫(kù)中擁有知識(shí)的多少及知識(shí)的質(zhì)量決定了一個(gè)專家系統(tǒng)所具有解決問題的能力。系統(tǒng)故障知識(shí)的獲取主要是通過研究雷達(dá)結(jié)構(gòu)和故障機(jī)理來掌握原理性的知識(shí)，以及從專家處獲取啟發(fā)式的經(jīng)驗(yàn)診斷知識(shí)、實(shí)用的專業(yè)技術(shù)資料等。

① 從雷達(dá)結(jié)構(gòu)和故障機(jī)理分析中獲取
利用雷達(dá)中已有測(cè)試點(diǎn)，結(jié)合測(cè)試信號(hào)的特征進(jìn)行全面分析。通過對(duì)雷達(dá)中各部件之間的連接以及對(duì)部件板級(jí)上每個(gè)具體芯片功能進(jìn)行研究，分析特征信號(hào)在雷達(dá)正常時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值；在進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)，將測(cè)試信號(hào)的實(shí)際工作值與正常工作的標(biāo)準(zhǔn)值比對(duì)，以判定出故障點(diǎn)。

利用雷達(dá)的功能特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的分析。當(dāng)雷達(dá)出現(xiàn)故障時(shí)，除了檢測(cè)電路本身故障外，還要考慮特殊環(huán)節(jié)引起的可能故障，另外開關(guān)器件（大功率開關(guān)管、繼電器和接觸器等）也容易損壞而引起故障。

針對(duì)雷達(dá)中的共同問題進(jìn)行綜合分析。雷達(dá)中各器件、部件間由電纜實(shí)現(xiàn)連接，由于電纜本身損壞或接口連接的不可靠，存在著故障隱患。

② 從專家經(jīng)驗(yàn)中獲取
根據(jù)平時(shí)常見的故障、專業(yè)維修人員的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，以及專家長(zhǎng)期積累掌握的基礎(chǔ)理論、研究成果、思維邏輯、解決問題的經(jīng)驗(yàn)等，可以匯總雷達(dá)分系統(tǒng)的常見故障。