WO2022021565A1 - 一种开放式雷达健康管理系统 - Google Patents

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詹进雄
杜舒明
赵鹏
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Definitions

  • the front-end health comprehensive processing module of the front-end acquisition and processing unit gives the fault and hazard level of the monitoring components, as well as its own health status information according to the preset diagnosis rules and evaluation rules, and sends the results to the system management and security unit.
  • the specific work The process is as follows:
  • the system control and perception module of the system management and security unit receives the diagnosis and evaluation results from the front-end health comprehensive processing module of the front-end collection and processing unit and the back-end health comprehensive processing module of the back-end collection and processing unit;
  • the system control and perception module of the system management and support unit receives the control, test and other instructions from the radar main console pushed by the health information interaction module, and at the same time converts the instructions into test interaction instructions that can be identified by automatic test equipment through the test bus. , to complete the test of the corresponding modules and index parameters; in order to meet the needs of radar system evaluation, the system control and perception module supports the test of module status and system-related indicators (simulator/built-in simulation data, etc.) in the test mode, and will work with the radar. The relevant performance parameters are calculated, which is convenient for subsequent evaluation.
  • the system health processing module of the system management and security unit receives the results sent by the system control and perception module, and according to the preset system diagnosis rules, the received faulty components, component health levels, system test results and other data are diagnosed according to the system
  • the rules judge the information of the faulty components, and at the same time give the hazard level corresponding to the fault.
  • the system health processing module provides reasonable maintenance decision-making suggestions based on system diagnosis and system health evaluation results, combined with maintenance rules for radar equipment.
  • the system health processing module sends relevant results such as diagnosis, evaluation, and maintenance to the health information interaction module, and the health information interaction module sends it to the radar main console through the network.

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Abstract

一种开放式雷达健康管理系统，属于雷达管理技术领域。该系统包括：前端采集与处理单元和后端采集与处理单元，分别用于采集雷达前端和后端部件的状态监测数据，根据预设的诊断规则和评价规则完成故障危害等级为IV级的故障诊断和健康评价；系统管理与保障单元，用于接收来自雷达主控台的测试指令，完成对板级、分系统、系统指标测试，并将测试结果结合从前端和后端采集与处理单元接收到的故障诊断和健康评价结果，根据预设的诊断规则和评价规则完成故障危害等级为III级、II级、I级的故障诊断和健康评价。该系统适用于各类型号、系统复杂、设备繁多的雷达，实现对雷达系统、分系统、模块的健康进行层次化管理。

Description

一种开放式雷达健康管理系统 技术领域
本发明属于雷达管理技术领域，具体涉及一种开放式雷达健康管理系统。
背景技术
航管、气象等民用领域雷达越来越多地采用相控阵体制，设备组成规模越来越大，对故障快速定位、系统性能状态分析、快速保障等方面要求越来越高。比于传统模拟阵雷达，数字阵列雷达在功能、结构上更加复杂，因此对设备的稳定性、诊断与维护能力的及时性、有效性提出了更高的要求。由于数字阵列雷达模拟与数字信号交错、测试接口限制的特点，传统的以外部测试为主的测试诊断模式难以达到快速、准确的诊断目标。
对不同层次的雷达监测数据如何进行监测获取、传输分析、维护管理直接关系到雷达整体的保障。目前国内雷达健康管理技术仍处于初级阶段，仅限于对有限的特征信号进行参数分析，缺少对各分系统信息的交互综合，缺少对雷达装备整机的健康管理体系设计。
发明内容
本发明目的是提供一种开放式雷达健康管理系统，适用于各类型号、系统复杂、设备繁多的雷达，实现对雷达系统、分系统、模块的健康进行层次化管理。
具体地说，本发明提供了一种开放式雷达健康管理系统，包括：
前端采集与处理单元，用于采集雷达前端部件的状态监测数据，根据预设的诊断规则和评价规则完成故障危害等级为IV级的故障诊断和健康评价；
后端采集与处理单元，用于采集雷达后端部件的数据，根据预设的诊断规则和评价规则完成故障危害等级为IV级的故障诊断和健康评价；
系统管理与保障单元，用于接收来自雷达主控台的测试指令，完成对板级、分系统、系统指标测试，并将测试结果结合从前端采集与处理单元和后端采集与处理单元接收到的故障诊断和健康评价结果，根据预设的诊断规则和评价规则完成故障危害等级为III级、II级、I级的故障诊断和健康评价。
进一步的，所述前端采集与处理单元，包括前端BIT信息采集模块以及前端健康综合处理模块；
所述前端BIT信息采集模块采集雷达前端部件的状态监测数据，并送至前端健康综合处理模块；
所述前端健康综合处理模块根据各个前端部件的状态监测数据判断是否存在异常；根据 预设的诊断规则对前端部件发生的异常进行故障初步定位；按照预设的发生的故障危害等级评价部件的健康等级；如果存在故障，则自动生成维修建议；将故障部件、部件的健康等级送至系统管理与保障单元。
进一步的，所述后端采集与处理单元，包括后端BIT信息采集模块以及后端健康综合处理模块；
所述后端BIT信息采集模块采集雷达后端部件的状态监测数据，并送至后端健康综合处理模块；
所述后端健康综合处理模块根据各个后端部件的状态监测数据判断是否存在异常；根据预设的诊断规则对后端部件发生的异常进行故障初步定位；按照预设的发生的故障危害等级评价部件的健康等级；如果存在故障，则自动生成维修建议；将故障部件、部件的健康等级送至系统管理与保障单元。
进一步的，所述系统管理与保障单元，包括系统控制与感知模块、系统健康处理模块、健康信息交互模块；
所述系统控制与感知模块，接收前端健康综合处理模块和后端健康综合处理模块送来的故障诊断和健康评价结果；接收来自雷达主控台的测试指令，完成对板级、分系统、系统指标测试，并将测试结果与从前端和后端接收到的故障部件、部件的健康等级信息一起送至系统健康处理模块；
所述系统健康处理模块，将接收的故障诊断和健康评价结果、测试结果等数据按照预设的诊断规则及评价模型进行判断，给出故障部件位置及危害等级信息；依据从系统控制与感知模块获取的系统、分系统性能指标结果，结合雷达不同工作场景下对性能参数的要求，对雷达健康状态进行定性评价；
所述健康信息交互模块，接收系统健康处理模块的诊断结果、评价结果，并送至雷达主控台；健康信息交互模块接收雷达主控台的信息，并送至系统管理与保障单元的其它模块。
本发明的开放式雷达健康管理系统的有益效果如下：
针对雷达健康管理现有不足，本发明首次提出了一种开放式雷达健康管理系统架构，将雷达装备整机健康管理按照层次化设计，实现全方位健康数据监测、传输、处理、关联分析、评价等功能；将各个单元实现的功能进行约定，突出层次化管理，便于后续健康管理技术扩展与丰富。
本发明中开放式雷达健康管理系统架构设计，针对雷达装备设备多、类型多、系统复杂、维护难等特点提出由前端采集与处理单元、后端采集与处理单元、系统管理与保障单元完成 健康管理功能，提升装备保障效能。
按照雷达装备故障特点将故障划分为四级，分别由健康管理系统的组成单元共同完成，各个单元完成功能清晰，便于有针对性开展维护保障工作。
为满足雷达系统评价需要，系统控制与感知模块在测试模式下支持对模块状态、系统相关指标测试(模拟器/内置仿真数据等)，将与雷达工作相关的性能参数计算得出，便于后续评价。
开放式雷达健康管理系统架构具有一定的通用性，适用于各类型号、系统复杂、设备繁多的雷达健康管理系统架构设计，提升雷达用户体验，可适应不同领域雷达健康管理需求。
附图说明
图1是本发明实施例的开放式雷达健康管理系统架构图。
图2是本发明实施例的系统诊断规则的应用示意图。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本发明的一个实施例，为一种开放式雷达健康管理系统。
本发明针对现有技术的不足，结合现有雷达特点提出了一种开放式雷达健康管理系统，依托该系统架构实现对雷达系统、分系统、模块的健康管理，突出层次化管理。
按照雷达装备特点将故障等级划分为I-IV级。IV级(轻度故障)：这类故障不足以造成人员伤害或系统损坏，但会导致非计划性维修，通常发生在部件，对其它模块无影响；III级(严重故障)：使人员轻度受伤、一定的经济损失、系统轻度损坏或导致任务推迟或降级，通常存在关联性影响；II级(致命故障)：引起人员严重伤害、重大经济损失、系统严重损坏或导致任务失败的故障，已经导致雷达无法正常工作；I级(灾难故障)：造成人员死亡或系统(如飞机、导弹雷达)损毁的。
本实施例的开放式雷达健康管理系统架构组成如图1所示，包括前端采集与处理单元、后端采集与处理单元、系统管理与保障单元。前端采集与处理单元包括前端BIT(Build-in Test，机内测试)信息采集模块以及前端健康综合处理模块。后端采集控制及处理单元包括后端BIT信息采集模块、后端健康综合处理模块。系统管理与保障单元包括系统控制与感知模块、系统健康处理模块、健康信息交互模块。
根据故障等级的划分，前端采集与处理单元、后端采集与处理单元主要完成IV级故障处理，系统管理与保障单元完成III级、II级、I级故障的处理。以上四个等级的故障均在雷 达健康管理系统平台中实现，其中涉及故障评级的模块包括前端采集与处理单元的前端健康综合处理模块、后端采集控制及处理单元的后端健康综合处理模块以及系统管理与保障单元的系统健康处理模块。
前端BIT信息采集模块采集雷达前端阵面组件、电源等部件的状态监测信息。具体来说，前端各个部件的状态监测信息通过CAN总线统一采集汇总到前端的监控汇总模块，然后通过网络送至前端BIT信息采集模块。前端BIT信息采集模块将采集汇总的各个部件状态监测信息送至前端健康综合处理模块。
前端健康综合处理模块主要完成IV级故障定位及维护指导。前端健康综合处理模块首先对各个前端部件监测参数进行阈值比对判断是否存在异常；根据预设的诊断规则对前端部件发生的异常进行故障初步定位。接着，按照预设的发生的故障危害等级评价部件的健康等级；如果存在故障，则自动生成维修建议，可提供雷达主控台用户参阅。最后，前端健康综合处理模块的故障诊断和健康评价结果(包括故障部件、部件健康等级)通过网络送至系统管理与保障单元。
预设的前端健康综合处理模块诊断规则示例参见下表。
表1 前端健康综合处理模块故障诊断规则示例
Figure PCTCN2020115442-appb-000001
根据上表诊断规则，结合具体雷达系统的前端系统组成，预设前端健康综合处理模块的诊断规则模型。
后端采集与处理单元的后端BIT信息采集模块采集雷达后端(包括计算模块、电源模块等)信息。具体来说，后端各个系统监控模块的上报的BIT信息通过插箱的IIC总线汇总至各 个插箱的系统监控模块，由系统监控模块通过网络上报至后端BIT信息采集模块。后端BIT信息采集模块接收后端各个系统监控模块上报的BIT信息后，汇总送至后端健康综合处理模块。
后端健康综合处理模块主要完成IV级故障定位及维护指导。后端健康综合处理模块，首先对各个后端部件监测参数进行阈值比对判断是否存在异常；根据预设的诊断规则对后端部件发生的异常进行故障初步定位，并按照发生的故障危害等级评故障部件健康等级；如果存在故障，则自动生成维修建议，可提供雷达主控台用户参阅。最后，后端健康综合处理模块的故障诊断和健康评价结果(包括故障部件、部件健康等级)通过网络送至系统管理与保障单元。
预设的后端健康综合处理模块诊断规则示例参见下表。
表2 后端健康综合处理模块故障诊断规则示例
Figure PCTCN2020115442-appb-000002
根据上表诊断规则，结合具体雷达系统的后端系统组成，预设后端健康综合处理模块的诊断规则模型。
系统管理与保障单元的系统控制与感知模块，一方面通过网络直接接收前端健康综合处理模块和后端健康综合处理模块送来的处理结果(包括故障部件、部件健康等级)，另一方面通过相关仪表、模块测试等实现对雷达硬件模块状态、系统性能参数的自动化测试，并将所有采集的健康数据结果送至系统健康处理模块。
系统健康处理模块根据预设的系统诊断规则，将接收的故障部件、部件健康等级、系统测试结果等数据按照预设的诊断规则进行判断，给出故障部件位置及危害等级信息。
预设的系统健康处理模块依赖的系统诊断规则示例参见下表。根据上表诊断规则，结合具体雷达系统组成，预设系统健康处理模块的诊断规则模型。
表3 系统健康处理模块系统诊断规则示例
Figure PCTCN2020115442-appb-000003
Figure PCTCN2020115442-appb-000004
下面以时钟网络诊断举例来说明系统诊断规则的应用及其与故障等级、维修指导建议的关系，如图2所示。时钟基准输出的时钟信号经过时钟放大器放大后，经过若干级的功分网络，最后送至TR组件。其中时钟基准设置有监测点T1，时钟放大器设置有监测点T2，功分网络无监测点，TR组件设有监测点T3等。按照上述系统诊断规则形成具体诊断模型示例参见下表：
表4 系统诊断规则诊断模型示例
Figure PCTCN2020115442-appb-000005
Figure PCTCN2020115442-appb-000006
系统健康处理模块结合系统测试获取的系统性能参数、硬件状态等信息，结合不同工作模式场景评价雷达装备性能状态，指导用户决策。诊断结果、评价结果以及维修指导建议等送至健康信息交互模块，由健康信息交互模块通过网络送至雷达主控台。同时，健康信息交互模块接收雷达主控台的信息，并将信息送至系统管理与保障单元其它模块。
上述的雷达健康管理系统架构采用层次化的设计思想，将模块分系统级、系统级的健康管理工作划分到前端采集与处理单元、后端采集与处理单元以及系统管理与保障单元，实现对雷达装备分层管理。按照雷达装备故障特点将故障划分为四级，分别由健康管理系统组成单元共同完成，各个单元完成功能清晰，便于有针对性开展维护保障工作。各个单元模块的工作流程如下：
一、前端采集与处理单元的前端健康综合处理模块
前端采集与处理单元的前端健康综合处理模块根据预设的诊断规则和评价规则给出监测部件的故障及危害等级，以及自身的健康状态信息，并将结果送至系统管理与保障单元，具体工作流程如下：
(1)通过前端采集与处理单元的前端BIT信息采集模块通过CAN总线采集TR组件、电源模块等监测信息，并将信息汇总送至前端采集与处理单元的前端健康综合处理模块；
(2)前端采集与处理单元的前端健康综合处理模块接收前端BIT信息采集模块送过来的监测信息，并结合预设的诊断规则和评价规则给出监测部件的故障及危害等级，同时结合自身的监测参数判断给出自身的健康状态；
(3)前端采集与处理单元的前端健康综合处理模块将组件、电源模块的故障、评价等级 信息以及自身运行状态通过网络送至系统管理与保障单元。
二、后端采集与处理单元的后端健康综合处理模块
后端采集与处理单元的后端健康综合处理模块根据预设的诊断规则和评价规则给出监测部件的故障及危害等级，以及自身的健康状态信息，并将结果送至系统管理与保障单元，具体工作流程如下：
(1)通过后端采集与处理单元的后端BIT信息采集模块通过IIC总线、LAN总线等采集计算模块、电源模块等监测信息，并将信息汇总送至后端采集与处理单元的后端健康综合处理模块；
(2)后端采集与处理单元的后端健康综合处理模块接收后端BIT信息采集模块送过来的监测信息，并结合预设的诊断规则和评价规则给出监测部件的故障及危害等级，同时判断给出自身的健康状态；
(3)后端采集与处理单元的后端健康综合处理模块将计算模块、电源模块等故障、评价等级信息以及自身运行状态通过网络送至系统管理与保障单元。
三、系统管理与保障单元的系统控制与感知模块
系统管理与保障单元的系统控制与感知模块一方面接收前端采集与处理单元的前端健康综合处理模块和后端采集与处理单元的后端健康综合处理模块送出的故障诊断和健康评价结果，另一方面接收来自雷达主控台的测试指令，通过测试总线以及配套的测试设备、测试技术等，完成对板级、分系统、系统指标测试，并将测试结果与从前端和后端接收到的诊断评价结果一起送至系统健康处理模块，具体工作流程如下：
(1)系统管理与保障单元的系统控制与感知模块接收来自前端采集与处理单元的前端健康综合处理模块和后端采集与处理单元的后端健康综合处理模块的诊断及评价结果；
(2)系统管理与保障单元的系统控制与感知模块接收健康信息交互模块推送的来自雷达主控台的控制、测试等指令，同时通过测试总线将指令转换为自动测试设备可辨别的测试交互指令，完成对应的模块、指标参数的测试；为满足雷达系统评价需要，系统控制与感知模块在测试模式下支持对模块状态、系统相关指标测试(模拟器/内置仿真数据等)，将与雷达工作相关的性能参数计算得出，便于后续评价。
(3)系统管理与保障单元的系统控制与感知模块接收配套测试设备、仪表的测试结果，一方面将测试结果送至雷达主控台，另一方面将前述的诊断、评价数据综合送至系统健康处理模块。
四、系统管理与保障单元的系统健康处理模块
系统管理与保障单元的系统健康处理模块一方面接收系统管理与保障单元的系统控制与感知模块送出的结果，同时结合预设的系统诊断规则及评价模型，指导用户决策。具体工作流程如下：
(1)系统管理与保障单元的系统健康处理模块接收系统控制与感知模块送出的结果，并按照预设的系统诊断规则，将接收的故障部件、部件健康等级、系统测试结果等数据按照系统诊断规则判断故障部件信息，同时给出故障对应的危害等级。
(2)系统健康处理模块依据从系统控制与感知模块获取的系统、分系统性能指标结果，结合雷达不同工作场景下对性能参数的要求，对雷达健康状态进行定性评价。
其中，将雷达健康等级划分为健康、亚健康、一般恶化、严重恶化、危险五个等级。健康表征装备性能指标完好，不需要维修；亚健康表征装备总体指标在允许的变化范围，满足任务需求，进行计划维修。一般恶化表征装备部分指标恶化，可满足主要功能，需要在计划维修钱提前维修；严重恶化表征装备性能指标恶化明显，无法完成主要功能，需要尽快停机维修；危险则表征装备已严重恶化，无法实现基本功能，需要立即停机维修，避免出现进一步影响与损失。
(3)系统健康处理模块依托系统诊断以及系统健康评价结果，结合针对雷达装备维修规则，给出合理维修决策建议。
(4)系统健康处理模块将诊断、评价、维修等相关结果送至健康信息交互模块，由健康信息交互模块通过网络送至雷达主控台。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (4)

  1. 一种开放式雷达健康管理系统，其特征在于，包括：
    前端采集与处理单元，用于采集雷达前端部件的状态监测数据，根据预设的诊断规则和评价规则完成故障危害等级为IV级的故障诊断和健康评价；
    后端采集与处理单元，用于采集雷达后端部件的数据，根据预设的诊断规则和评价规则完成故障危害等级为IV级的故障诊断和健康评价；
    系统管理与保障单元，用于接收来自雷达主控台的测试指令，完成对板级、分系统、系统指标测试，并将测试结果结合从前端采集与处理单元和后端采集与处理单元接收到的故障诊断和健康评价结果，根据预设的诊断规则和评价规则完成故障危害等级为III级、II级、I级的故障诊断和健康评价。
  2. 根据权利要求1所述的开放式雷达健康管理系统，其特征在于：所述前端采集与处理单元，包括前端BIT信息采集模块以及前端健康综合处理模块；
    所述前端BIT信息采集模块采集雷达前端部件的状态监测数据，并送至前端健康综合处理模块；
    所述前端健康综合处理模块根据各个前端部件的状态监测数据判断是否存在异常；根据预设的诊断规则对前端部件发生的异常进行故障初步定位；按照预设的发生的故障危害等级评价部件的健康等级；如果存在故障，则自动生成维修建议；将故障部件、部件的健康等级送至系统管理与保障单元。
  3. 根据权利要求1所述的开放式雷达健康管理系统，其特征在于：所述后端采集与处理单元，包括后端BIT信息采集模块以及后端健康综合处理模块；
    所述后端BIT信息采集模块采集雷达后端部件的状态监测数据，并送至后端健康综合处理模块；
    所述后端健康综合处理模块根据各个后端部件的状态监测数据判断是否存在异常；根据预设的诊断规则对后端部件发生的异常进行故障初步定位；按照预设的发生的故障危害等级评价部件的健康等级；如果存在故障，则自动生成维修建议；将故障部件、部件的健康等级送至系统管理与保障单元。
  4. 根据权利要求1所述的开放式雷达健康管理系统，其特征在于：所述系统管理与保障单元，包括系统控制与感知模块、系统健康处理模块、健康信息交互模块；
    所述系统控制与感知模块，接收前端健康综合处理模块和后端健康综合处理模块送来的故障诊断和健康评价结果；接收来自雷达主控台的测试指令，完成对板级、分系统、系统指标测试，并将测试结果与从前端和后端接收到的故障部件、部件的健康等级信息一起送至系统健康处理模块；
    所述系统健康处理模块，将接收的故障诊断和健康评价结果、测试结果等数据按照预设的诊断规则及评价模型进行判断，给出故障部件位置及危害等级信息；依据从系统控制与感知模块获取的系统、分系统性能指标结果，结合雷达不同工作场景下对性能参数的要求，对雷达健康状态进行定性评价；
    所述健康信息交互模块，接收系统健康处理模块的诊断结果、评价结果，并送至雷达主控台；健康信息交互模块接收雷达主控台的信息，并送至系统管理与保障单元的其它模块。
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