【摘要】 介紹了典型電子偵察系統(tǒng)的基本組成，給出了其基本可靠性模型和幾種常見的任務(wù)可靠性模型。利用假定的失效率參數(shù)簡單預(yù)計(jì)，分析了對(duì)應(yīng)模型的可靠性指標(biāo)，為電子偵察系統(tǒng)制訂了科學(xué)合理的可靠性指標(biāo)提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】 電子偵察系統(tǒng);基本可靠性;任務(wù)可靠性

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.023

Research on the Reliablity Indexe of Electoronic

Reconbaissance System

MA Xiao-feng

（The 723 Institue of CSIC，Yangzhou 225001，China）

Abstract：? This paper introduces the basic components of typical electronic reconnaissance system，and gives its basic reliability model and several common mission reliability models. The reliability index of the corresponding model is analyzed by using the assumed failure rate parameters. It provides a reference for the establishment of scientific and reasonable reliability index of electronic reconnaissance system.

Key words： electronic reconnaissance system;basic reliability;mission reliability

可靠性是定量評(píng)價(jià)軍用裝備使用水平的重要技術(shù)指標(biāo)之一。目前裝備的可靠性指標(biāo)基本都是基本可靠性（MTBF），對(duì)應(yīng)的分配方法較多，也比較成熟，比如：等分配法、比例組合法、評(píng)分分配法、考慮重要度及復(fù)雜度的分配法、可靠度再分配法等[1]，裝備設(shè)計(jì)過程也多以提升基本可靠性指標(biāo)為目標(biāo)。

電子偵察系統(tǒng)作為獲取敵方電磁參數(shù)的武器系統(tǒng)，在現(xiàn)代戰(zhàn)場電子情報(bào)獲取中發(fā)揮重要作用。隨著電子偵察技術(shù)的發(fā)展，電子偵察系統(tǒng)執(zhí)行的任務(wù)從過去單一的威脅告警發(fā)展到集遠(yuǎn)程預(yù)警、威脅告警、情報(bào)收集、頻譜監(jiān)視、引導(dǎo)干擾、個(gè)體識(shí)別于一體。因此僅僅用基本可靠性指標(biāo)來衡量一個(gè)復(fù)雜的電子偵察系統(tǒng)的可靠性水平，顯然不夠全面和科學(xué)。所以針對(duì)不同的任務(wù)剖面制定不同的任務(wù)可靠性（MTBCF）指標(biāo)具有十分重要的意義。然而在實(shí)際工程應(yīng)用中，任務(wù)可靠性分配也存在著分配技術(shù)不成熟，分配方法復(fù)雜等問題。在分配的過程中必須考慮系統(tǒng)功能關(guān)系、系統(tǒng)的多任務(wù)剖面、冗余設(shè)計(jì)等因素，特別是同時(shí)進(jìn)行基本可靠性與任務(wù)可靠性指標(biāo)的分配時(shí)，還必須考慮二者的關(guān)聯(lián)性，使得分配工作更加困難。

本文從電子偵察系統(tǒng)的典型任務(wù)出發(fā)，分圍繞不同任務(wù)剖面下各分系統(tǒng)基本組成與架構(gòu)，在假定個(gè)分系統(tǒng)失效率的前提下得出基本可靠性與任務(wù)可靠性值，進(jìn)而分析兩者之間的關(guān)聯(lián)性，為電子偵察系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的制訂提供參考和借鑒。

1 電子偵察系統(tǒng)的基本組成及主要任務(wù)分析

目前國內(nèi)外的電子偵察系統(tǒng)按照功能劃分，基本由天線、微波接受、型號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理、情報(bào)分析、電源等分系統(tǒng)組成。其基本組成框圖見圖1所示。

典型的電子偵察設(shè)備頻率通常覆蓋分米波至毫米波頻段，一般按照頻段Ⅰ、頻段Ⅱ、頻段Ⅲ和頻段Ⅳ進(jìn)行分頻段工作。其中天線分系統(tǒng)、微波接受分系統(tǒng)、型號(hào)處理分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)通常各個(gè)頻段能夠獨(dú)立工作，其基本組成見圖2-圖6所示。某些電子偵察系統(tǒng)，為了具備更高的性能，在頻段Ⅱ和頻段Ⅲ的微波接受分系統(tǒng)和型號(hào)處理分系統(tǒng)采用瞬時(shí)測頻全寬開接受體制和高靈敏數(shù)字信號(hào)信道化技術(shù)體制，其常見的組成框圖見圖7所示。

2 電子偵察系統(tǒng)的可靠性建模

2.1 任務(wù)可靠性建模

任務(wù)可靠性建模是用來估計(jì)系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中，完成其規(guī)定功能的能力。因?yàn)槿蝿?wù)可靠性強(qiáng)調(diào)規(guī)定的“任務(wù)剖面”和完成任務(wù)的能力。因此，建立模型最主要的問題是確定任務(wù)剖面[2]。一個(gè)系統(tǒng)其基本可靠性框圖是唯一的，而任務(wù)可靠性框圖則因任務(wù)不同而變更，應(yīng)根據(jù)不同的任務(wù)和任務(wù)剖面，得出其任務(wù)可靠性框圖[3]。下面針對(duì)圖1所示的典型電子偵察系統(tǒng)，給出幾種常見的任務(wù)可靠性模型。

2.1.1 ESM任務(wù)可靠性模型

對(duì)于一個(gè)典型的電子偵察系統(tǒng)的ESM任務(wù)而言，其主要功能是實(shí)行對(duì)雷達(dá)信號(hào)的接受、測量、分選和識(shí)別，對(duì)應(yīng)的可靠性框圖見圖8所示，圖中天線分系統(tǒng)、微波接受分系統(tǒng)、信號(hào)處理分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)包含頻段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)子頻段。

2.1.2 干擾引導(dǎo)任務(wù)可靠性模型

對(duì)于典型的電子戰(zhàn)系統(tǒng)，其干擾引導(dǎo)任務(wù)一般在頻段Ⅲ，對(duì)于電子偵察系統(tǒng)來說其干擾引導(dǎo)任務(wù)可靠性框圖如圖9所示。

2.1.3 ELINT任務(wù)可靠性模型

對(duì)于情報(bào)分析任務(wù)而言，其工作頻段主要集中字頻段Ⅰ、Ⅱ和頻段Ⅲ，對(duì)于電子偵察系統(tǒng)來說其ELINT任務(wù)可靠性框圖如圖10所示。

2.2 基本可靠性模型

基本可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下無障礙的持續(xù)時(shí)間或概率。它反映系統(tǒng)對(duì)維修人力的要求，考慮了系統(tǒng)所有壽命單位和故障，其失效率數(shù)據(jù)可以作為考慮維修和保障的依據(jù)[4]。顯然，組成系統(tǒng)的任何單元（包括儲(chǔ)備單元）發(fā)生故障后都需要維修或更換，因此，系統(tǒng)中的一切功能單元組成了一個(gè)全串聯(lián)模型，及儲(chǔ)備單元越多，系統(tǒng)的基本可靠性越低。對(duì)圖1所示的電子偵察系統(tǒng)的基本可靠性框圖如圖11所示。

3 可靠性預(yù)計(jì)及分析

3.1 可靠性預(yù)計(jì)

本文研究主要為了便于電子偵察系統(tǒng)方案階段可靠性指標(biāo)的確定。因此，在可靠性預(yù)計(jì)過程中采用相似產(chǎn)品法進(jìn)行預(yù)計(jì)。表1中給出了典型電子偵察系統(tǒng)各分系統(tǒng)失效率參數(shù)（表中參數(shù)非實(shí)際值，為方便后續(xù)預(yù)計(jì)的假定值）。

在任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)的過程中，除了給出任務(wù)剖面之外還需要明確對(duì)應(yīng)的故障判決。表1中的失效率實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)該采用元器件應(yīng)力分析或者相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，包含了實(shí)際電路中的自檢單元和備份單元的失效率。在實(shí)際論證、設(shè)計(jì)及應(yīng)用過程中，各分系統(tǒng)中的自檢單元通常不會(huì)影響任務(wù)的執(zhí)行，而備份單元卻可以提高任務(wù)可靠性，因此在任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)過程中需要考慮到對(duì)應(yīng)的失效率，其可靠性模型通常為串并級(jí)聯(lián)模型。本文主要為了分析電子偵察系統(tǒng)的不同任務(wù)下的可靠性指標(biāo)的差異，為后續(xù)電子偵察系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的確定提供參考。因此在下面的任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)過程中，不在考慮各分系統(tǒng)的自檢單元和備份單位，僅利用表1中的參數(shù)，預(yù)計(jì)出各任務(wù)剖面的大致可靠性指標(biāo)。

下面采用表1中的數(shù)據(jù)對(duì)本文中前面提到的典型電子偵察系統(tǒng)的基本可靠性和典型任務(wù)的任務(wù)可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì)，其預(yù)計(jì)數(shù)學(xué)模型見下式。

λs=λ1+λ2+…+λN?（1）

其中式中[λs]為基本可靠性或任務(wù)可靠性（利用式1計(jì)算任務(wù)可靠性的牽頭為各分系統(tǒng)不存在備份設(shè)計(jì)）對(duì)應(yīng)的失效率;[λ1]、[λ2][…][λN]分別為各個(gè)分系統(tǒng)的失效率;對(duì)應(yīng)的基本可靠性或任務(wù)可靠性指標(biāo)為1/[λs]。

當(dāng)為滿足某一任務(wù)可靠性指標(biāo)時(shí)，設(shè)備可能采用備份設(shè)計(jì)，現(xiàn)結(jié)社分別對(duì)失效率為[λ1]和[λ2]兩個(gè)分系統(tǒng)進(jìn)行備份，備份分系統(tǒng)的失效率分別為[λ11]和[λ22]，則此時(shí)系統(tǒng)的基本可靠性指標(biāo)和對(duì)應(yīng)的某任務(wù)可靠性指標(biāo)的預(yù)計(jì)數(shù)學(xué)模型分別為式（2）和式（3）。其預(yù)計(jì)結(jié)果見表2所示。

λs=λ1+λ11+λ2+λ22+…+λN?（2）

λs1=λ1λ11λ1+λ11+λ2λ22λ2+λ22+…+λN?（3）

3.2 預(yù)計(jì)結(jié)果分析

從表2中的預(yù)計(jì)可以看出基本可靠性及各個(gè)任務(wù)的可靠性均不相同，在實(shí)際的電子偵察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)系統(tǒng)的指標(biāo)要求，對(duì)相應(yīng)電路進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)、備份設(shè)計(jì)或提高關(guān)鍵器件的可靠性指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)提高基本可靠性指標(biāo)或任務(wù)可靠性指標(biāo);采用不同的設(shè)計(jì)方式，對(duì)可靠性指標(biāo)的影響也不同，例如某電子偵察系統(tǒng)的主要使命任務(wù)是干擾引導(dǎo)，為了提高干擾引導(dǎo)的任務(wù)可靠性，采用對(duì)對(duì)應(yīng)的微波接受分系統(tǒng)和信號(hào)處理分系統(tǒng)進(jìn)行備份設(shè)計(jì)，備份設(shè)計(jì)后，利用表1的參數(shù)進(jìn)行預(yù)計(jì)，干擾引導(dǎo)任務(wù)可靠性指標(biāo)為5235.6小時(shí)，基本可靠性指則變?yōu)?006小時(shí)，與備份設(shè)計(jì)之前相比，干擾引導(dǎo)任務(wù)可靠性指標(biāo)答復(fù)提高，但基本可靠性指標(biāo)降低，此時(shí)ESM偵察任務(wù)、情報(bào)分析任務(wù)的可靠性指標(biāo)均有提高;如采用提高關(guān)鍵器件的可靠性指標(biāo)，使得頻段Ⅲ微波分系統(tǒng)的失效率由表1中的100×10 e-6/h，降低到90×10 e-6/h，則整機(jī)的基本可靠性指標(biāo)和各任務(wù)可靠性指標(biāo)均得到提高。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，采用備份設(shè)計(jì)方式提高任務(wù)可靠性指標(biāo)，則需要增加相應(yīng)的硬件模塊，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備的體積和重量的增加，在機(jī)載和彈載等體積和重量有嚴(yán)格要求的偵察系統(tǒng)中，這種設(shè)計(jì)方式難以實(shí)現(xiàn);由于受到材料、制造工藝等因素的影響，某些關(guān)鍵器件的可靠性指標(biāo)長期保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，無法大幅度提高，故通過提高關(guān)鍵器件的可靠性指標(biāo)達(dá)到提高系統(tǒng)的基本可靠性指標(biāo)或任務(wù)可靠性指標(biāo)的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)起來也相當(dāng)困難。

綜上分析，可以得出系統(tǒng)的基本可靠性與系統(tǒng)的復(fù)雜程度有關(guān)，而任務(wù)可靠性與系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)相關(guān)，二者之間無必然聯(lián)系。因此在方案論證階段，可靠性指標(biāo)的提出時(shí)，需要充分考慮整個(gè)系統(tǒng)的主要使命任務(wù)，設(shè)備規(guī)模等因素，統(tǒng)籌兼顧，提出合理的可靠性指標(biāo)，可以針對(duì)多個(gè)不同的任務(wù)，提出多個(gè)不同任務(wù)可靠性指標(biāo)，從而方便后續(xù)的技術(shù)設(shè)計(jì)工作開展。

4 結(jié)語

本文介紹了典型電子偵察系統(tǒng)的組成，分析了其主要的任務(wù)并給出了基本可靠性模型和多種任務(wù)的任務(wù)可靠性模型，并給出了數(shù)學(xué)計(jì)算模型。利用假定的失效率參數(shù)預(yù)計(jì)分析了每種任務(wù)可靠性指標(biāo)，簡單地分析了基本可靠性和任務(wù)可靠性之間的關(guān)系。為指導(dǎo)后續(xù)的電子偵察系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)的論證可靠性設(shè)計(jì)工作具有一定的參考意義。

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【作者簡介】

馬曉峰（1986-），男，工程師，研究方向?yàn)橘|(zhì)量檢驗(yàn)、質(zhì)量管理。