模糊理论在雷抗侦察接收机故障诊断中的应用

胡 林，莫翠琼，孙正鑫，尹 亮

（1.电子工程学院，合肥230037；2.安徽电子制约技术重点实验室，合肥230037）

0 引 言

在现代装备系统故障诊断中，由于故障原因繁多且相互交织和影响，导致装备故障具有一定的模糊性，主要表现在以下几个方面：（1）故障征兆与故障原因之间的对应关系存在模糊性。一种故障征兆可由多种故障原因引起，一种故障原因也可能引起多种故障征兆。（2）故障征兆的存在具有模糊性。有的故障征兆明显，有的故障征兆不明显，有些故障征兆是独立的，有些故障征兆之间又是相关的。（3）故障存在程度具有模糊性，不能把故障绝对识别为“存在”和“不存在”，装备从完好状态转变为故障状态往往是个渐进的过程。对于装备故障的模糊现象，用传统的数学工具进行定量诊断往往存在一定的困难，而模糊理论则显示了其良好的优越性。通过模糊逻辑来描述故障原因和故障征兆之间的模糊关系，通过隶属函数和模糊关系方程解决故障原因和故障征兆的识别问题是一种行之有效的方法[1]。

本文借助模糊理论，把雷抗侦察接收机故障现象与原因之间的关系用模糊方程式进行描述，再通过多现象、多因素的综合推理计算，给出了定量的故障诊断结果。

1 模糊诊断原理

设一个系统中所有可能发生的各种故障原因的集合为：

式中：n为故障原因种类的总数。

由n个故障原因所引起的各种征兆集合为：

式中：m 为故障征兆种类的总数[2-3]。

设一征兆样本为 （x1，x2，…，xm），同时得出此样本中各分量元素xi对第i种故障征兆的隶属度μxi，于是故障征兆模糊向量表示为：

同样，若征兆样本xi由原因yj产生，则原因样本yj对第j个故障原因的隶属度μyj就构成了故障原因模糊向量B：

由于模糊向量A和B具有模糊关系，可通过模糊数学建立相应的关系式，从而进行模糊诊断。基本的数学模型为：

式中：“◦”为模糊算子；R为模糊诊断关系矩阵：

rij可根据设备故障的统计数据来确定，也可以根据设备故障机理或专家经验来确定，具体计算方法如下：

（1）由统计数据确定隶属度κij：

（2）由专家优序数法确定隶属度υij：设某故障征兆xi由n种可能的故障原因引起。针对征兆xi，将这n种原因两两对比，把两两对比原因中最容易引起此故障征兆的那一种记一次优先序，这样1个

则故障征兆xi对原因yj的初始隶属度为：

（3）由故障机理分析确定隶属度ηij：通过列表法列出故障原因和故障征兆之间的对应关系，统计故障原因yj的情况下故障征兆xi出现的次数和故障征兆xi出现的总数，二者之比即为所求隶属度ηij。

若能够得到不同方法确定的隶属度，可以进行加权相加求得综合模糊隶属度，但需要精确确定权重。若3种方法的隶属度权重分别为λ1、λ2、λ3，其中λ1，λ2，λ3≥0，且λ1＋λ2＋λ3＝1，则综合模糊隶属度为：

若观测到故障征兆样本 （x1，x2，…，xm），便可得到故障征兆模糊向量A，再按以上方法构造出模糊关系矩阵R，则由式（5）可计算出故障原因模糊向量B。

图1 模糊诊断过程

2 雷抗侦察接收机故障模糊诊断

2.1 接收机构成及故障机理分析

图2为接收机的组成框图，其主要功能是对输入的射频信号进行频率测量，输出频率码，并能够进行频段告警和连续波信号判别，给出连续波告警标志。该接收机采用瞬时测频体制，主要由滤波放大器、功率分配器、相关器、量化器、编码器、频率校码电路、采样电路、保宽电路和CP脉冲产生电路等部分组成。

考虑到微波器件性能稳定，一般是不容易出现故障的，本文在对接收机进行故障分析时，假设微波器件是正常无故障的。根据接收机的工作原理和故障机理，把其故障征兆和可能出现故障单元之间的关系通过列表分析法给出，如表1所示，其中1表示信号正常，0表示信号不正常。

图2 接收机组成框图

表1 接收机故障单元与故障征兆之间的对应关系

统计接收机故障征兆集X和故障原因集Y。表2和表3给出了故障征兆集X和故障原因集Y中各元素的具体含义。

表2 接收机故障征兆

表3 接收机故障原因

2.2 接收机的模糊关系矩阵建立

对接收机进行故障机理分析，确定某一故障征兆xi对应故障原因yj的隶属度μyj（xi），i＝1，2，…，6；j＝1，2，…，6。由表1可计算出征兆xi对应故障原因yj的隶属度，得到模糊关系矩阵如表4。

表4 模糊关系矩阵

即：

2.3 接收机的模糊诊断

假设接收机出现了2个故障征兆x3和x5，且只表现为“出现”或“不出现”，用1表示征兆出现，用0表示无征兆出现，得到特征模糊向量：

由最大隶属度原则

3 结束语

本文将模糊理论运用于雷抗侦察接收机故障诊断，在故障机理分析的基础上建立了模糊关系矩阵，通过模糊推理给出了定量的诊断结果。在实际应用中，接收机故障征兆和故障原因之间的关系可能会随着接收机使用时间的增加而变化，因此隶属度的确定要根据实际情况进行相应的调整，使之更为准确，以提高模糊诊断的准确性。

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