基于故障树分析的通信装备测试问题解决方法

朱学文，苗 青

（中国人民解放军海军青岛通信修理厂，山东青岛 266000）

0 引言

通信装备无论是作为民品还是军用都是生活工作中不可或缺的一部分。随着科技的不断发展，信息化水平不断提高，通信装备的重要性愈发凸显。但是任何产品、部件都有使用寿命，由于使用环境、工作强度、操作方法等多方面的因素，装备故障时有发生。针对装备故障修理方法以及装备故障预测等方向，很多专家、学者、工程师给出了自己的观点。文献［1］研究了针对集成化程度高、技术复杂的超短波电台的故障诊断技术。文献［2］［3］提出了给予故障树分析的装备故障分析、诊断和预测方法。文献［4］结合外军的装备保障技术发展趋势，提出了一种预防性维修霍尔模型，分析了装备预防性维修的设计思路、方法、技术模型和策略。目前大部分研究都聚焦于装备故障修复、预防等方面的工作。然而，在装备整个生命周期中，无论对于工作状态的评估、故障的修复，还是质量的检验等都离不开具体技术指标测试的数据支撑。技术指标是衡量一部无线通信装备质量优劣的重要参数，能够较客观的评价装备的战斗力水平。以某型舰载超短波电台技术指标测试过程中遇到的一个难题为例，提出利用故障树分析法进行原因排查并定位到测试工装缺陷，并由此重新改进了测试工装，节约了测试成本。

1 故障树分析法原理

FTA（Fault Tree Analysis，故障树分析法）最初用于分析民兵式导弹发射系统[4]，现在常被用于设备或者系统的故障分析与预测。故障树分析法的基本思想为首先选定顶事件，该事件对于系统影响最大；其次判断中间事件，即造成顶事件的可能原因，然后进行逐层分析。最后将粒度最小的可能因素作为底事件。故障树基本模型如图1 所示，某系统故障作为顶事件，可能引起该故障的中间事件可能为模块1、模块2 或者模块3 的损坏。每个模块的损坏可能由不同的元器件导致，所以底事件为元器件故障。

图1 故障树基本模型

利用故障树模型解决实际问题的基本步骤如下：

（1）了解系统的原理及构成。

（2）确定顶事件。

（3）明确边界条件。

（4）建立故障树模型。

（5）定性分析与定量分析。

2 通信装备指标测试问题及解决

依据无线通信的装备技术指标测试通常分为发信机指标与收信机指标两类[5-6]。评价一部发信机性能常用参数包括发射功率、频率偏移、调制灵敏度等。评价一部收信机性能的常用指标为收信灵敏度、音频响应、中频抑制等。某待检验新型舰载超短波电台是一款改进型产品，外观尺寸、接口及大部分功能与旧型相同。在对该新型舰载超短波电台通信指标测试工作中，使用M8920A 型综合测试仪及旧型配套测试工装进行测试。在电台发射功能技术指标测试时，无线综合测试仪检测不到电台射频信号的输出。发射机指标测试具体连接如图2 所示。通过查阅该电台技术资料、工作原理图、线缆连接等方式，采用故障树分析的方式展开逐步排查。

图2 发射机指标测试框图

2.1 建立故障树模型

在此次发信机测试问题故障树模型中，经过初步排查，满足下列约束条件：①该部超短波电台电源模块供电正常，工作电压符合电台需求；②测试夹具连线正确；③测试仪器仪表参数设置正确。

建立故障树模型如图3 所示。其中每个节点的具体定义见表1。

表1 故障树节点定义

2.2 定位分析过程

如图3 故障树分析模型可以看出，造成该型超短波电台发射功率检测失败的原因，即造成顶层时间的最高层中间事件，总体归纳为3 种情况，分为是：①电台自身发信功能故障，无射频信号输出（X1）；②电台音频信号输入失败（X2）；③电台射频信号检测失败（X3）。

图3 故障树分析模型

为了验证中间事件X1与X3，将该电台原厂自带的送受话器直接插入电台“话筒耳机”接口，并将射频信号经50 Ω 假负载后接入综合测试仪“T/R”接口。然后手动按住送受话器“PTT”按键喊话，观察综合测试仪的数据发现，从综合测试仪可以实时观察到电台射频频谱波形、载波功率、频率偏移等相关参数随着声音呼喊的变化而变化。实验证明该超短波电台本身发信功能正常。至于发射功率、频率偏移等技术指标参数正是本次工作要测试的内容，这里只做功能性验证。由此，可以排除电台自身发信故障（X1）及综合测试仪与电台中间各环节的问题（X3）。

基于上述实验验证，可以将问题范围缩小到信号发生器与电台之间某个环节。于是先从音频信号发生器这一源头开始着手。设置音频信号发生器音频频率1 kHz，信号幅度10 mV，然后将信号发生器音频输出直接连接到综合测试仪音频分析接口。触发信号发生器音频输出，发现综合测试仪能够立即检测到此音频信号。进一步分析发现信号频率、幅度等参数值都正常。这样，排除了音频信号发生器自身故障（X21）。剩下唯一的可能原因就是信号发生器与电台话筒接口之间这段传输的问题了（X22）。

该型超短波电台“话筒/耳机”接口采用的是7 芯航空插头，型号Y50X-1007TK2，话筒接口插头如图4 所示。按照以往的经验，容易发生插头内部芯线断路或者接触不良的情况。于是拆开接头检查连线发现无明显异常。且利用此连接线检测电台可以正常接收信号，至此可以排除底层事件（X221）。

图4 话筒接口插头

现实情况中，由于设备生产厂家为了维护自己的核心技术以及追求各自的经济利益，在一些技术细节实现方面存在差异。尤其对于一些特殊装备，通常产量较少，涉密性较高，所以，不同装备从技术原理设计到物理实现，差异巨大。即使是相同厂家的不同产品，甚至同型产品的不同版本之间都有一定的差异。这就要求装备保障部门能够清楚这些差异所在，以及由此带来一定的困扰。由于在电台测试工作中使用的该型超短波电台是之前某型的改进型，装备从外观看使用相同的射频接口、音频接口型号，且进行装备的首次测试。因此直接使用的前一型电台测试夹具工装。另一方面，接收功能测试良好，而发射功能测试不匹配，分析需要探究话筒接口的接线定义。通过查阅该新型超短波电台技术资料，果然如此。话筒接口接线定义见表2，新型电台话筒接口中通过“PTT”引脚电位高低来控制音频收发转换，而改进前型电台收发转换直接通过送受话器手柄控制，即手柄内部电路控制收发通断。至此，发射功率测试失败的原因也一清二楚，即测试工装未处理“PTT”，导致音频信号发生器的信号未送入电台（X222）。

表2 话筒接口接线定义

3 工装设计与验证

对于上述情况，通常为了节省时间采取的做法是改造一个新的送受话器，即从一个与之匹配的送受话器接头处找到收发两根接线（引脚2 与引脚3），从中额外并行引出两根引线作为测试用音频输入输出接口，利用送受话器的PTT 按键实现收发控制。但是该方法有两个弊端。其一额外增加一个送受话器的开销；其二对于信号有一定程度的衰减，影响指标测试结果。于是，借助于装备技术说明的原理进行分析，PTT 控制电平为低电平时，话筒接口转换为发送状态；高电平时为接受状态。默认状态为收信状态。设计简易PTT收发控制装置原理如图5 所示。当开关拨到发一侧，PTT 引脚处于低电平，发射3 通路打通；当开关拨到收一侧，电台处于接收状态。

图5 接口电路原理

经过多次验证发现，该装置可以完全实现音频收发控制，音频信号可以正常从接口输入。电台发射功率测试结果正常。

4 结束语

装备技术指标测试是装备保障工作中的重要环节。针对目前生产厂家众多、装备型号复杂、技术手段各异的现实状况，技术指标测试中对于测试工装的调试占据了大部分工作。因此，针对一次测试工作中遇到的问题建立故障树模型，从顶层事件逐步排查到底层事件，逐步找出原因所在。说明基于故障树分析法的问题解决方式切实可行。另外，针对实例中的问题，制作测试工装，节省一定的测试成本。