朱學(xué)文，苗 青

（中國(guó)人民解放軍海軍青島通信修理廠，山東青島 266000）

0 引言

通信裝備無論是作為民品還是軍用都是生活工作中不可或缺的一部分。隨著科技的不斷發(fā)展，信息化水平不斷提高，通信裝備的重要性愈發(fā)凸顯。但是任何產(chǎn)品、部件都有使用壽命，由于使用環(huán)境、工作強(qiáng)度、操作方法等多方面的因素，裝備故障時(shí)有發(fā)生。針對(duì)裝備故障修理方法以及裝備故障預(yù)測(cè)等方向，很多專家、學(xué)者、工程師給出了自己的觀點(diǎn)。文獻(xiàn)［1］研究了針對(duì)集成化程度高、技術(shù)復(fù)雜的超短波電臺(tái)的故障診斷技術(shù)。文獻(xiàn)［2］［3］提出了給予故障樹分析的裝備故障分析、診斷和預(yù)測(cè)方法。文獻(xiàn)［4］結(jié)合外軍的裝備保障技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，提出了一種預(yù)防性維修霍爾模型，分析了裝備預(yù)防性維修的設(shè)計(jì)思路、方法、技術(shù)模型和策略。目前大部分研究都聚焦于裝備故障修復(fù)、預(yù)防等方面的工作。然而，在裝備整個(gè)生命周期中，無論對(duì)于工作狀態(tài)的評(píng)估、故障的修復(fù)，還是質(zhì)量的檢驗(yàn)等都離不開具體技術(shù)指標(biāo)測(cè)試的數(shù)據(jù)支撐。技術(shù)指標(biāo)是衡量一部無線通信裝備質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要參數(shù)，能夠較客觀的評(píng)價(jià)裝備的戰(zhàn)斗力水平。以某型艦載超短波電臺(tái)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試過程中遇到的一個(gè)難題為例，提出利用故障樹分析法進(jìn)行原因排查并定位到測(cè)試工裝缺陷，并由此重新改進(jìn)了測(cè)試工裝，節(jié)約了測(cè)試成本。

1 故障樹分析法原理

FTA（Fault Tree Analysis，故障樹分析法）最初用于分析民兵式導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)[4]，現(xiàn)在常被用于設(shè)備或者系統(tǒng)的故障分析與預(yù)測(cè)。故障樹分析法的基本思想為首先選定頂事件，該事件對(duì)于系統(tǒng)影響最大；其次判斷中間事件，即造成頂事件的可能原因，然后進(jìn)行逐層分析。最后將粒度最小的可能因素作為底事件。故障樹基本模型如圖1 所示，某系統(tǒng)故障作為頂事件，可能引起該故障的中間事件可能為模塊1、模塊2 或者模塊3 的損壞。每個(gè)模塊的損壞可能由不同的元器件導(dǎo)致，所以底事件為元器件故障。

圖1 故障樹基本模型

利用故障樹模型解決實(shí)際問題的基本步驟如下：

（1）了解系統(tǒng)的原理及構(gòu)成。

（2）確定頂事件。

（3）明確邊界條件。

（4）建立故障樹模型。

（5）定性分析與定量分析。

2 通信裝備指標(biāo)測(cè)試問題及解決

依據(jù)無線通信的裝備技術(shù)指標(biāo)測(cè)試通常分為發(fā)信機(jī)指標(biāo)與收信機(jī)指標(biāo)兩類[5-6]。評(píng)價(jià)一部發(fā)信機(jī)性能常用參數(shù)包括發(fā)射功率、頻率偏移、調(diào)制靈敏度等。評(píng)價(jià)一部收信機(jī)性能的常用指標(biāo)為收信靈敏度、音頻響應(yīng)、中頻抑制等。某待檢驗(yàn)新型艦載超短波電臺(tái)是一款改進(jìn)型產(chǎn)品，外觀尺寸、接口及大部分功能與舊型相同。在對(duì)該新型艦載超短波電臺(tái)通信指標(biāo)測(cè)試工作中，使用M8920A 型綜合測(cè)試儀及舊型配套測(cè)試工裝進(jìn)行測(cè)試。在電臺(tái)發(fā)射功能技術(shù)指標(biāo)測(cè)試時(shí)，無線綜合測(cè)試儀檢測(cè)不到電臺(tái)射頻信號(hào)的輸出。發(fā)射機(jī)指標(biāo)測(cè)試具體連接如圖2 所示。通過查閱該電臺(tái)技術(shù)資料、工作原理圖、線纜連接等方式，采用故障樹分析的方式展開逐步排查。

圖2 發(fā)射機(jī)指標(biāo)測(cè)試框圖

2.1 建立故障樹模型

在此次發(fā)信機(jī)測(cè)試問題故障樹模型中，經(jīng)過初步排查，滿足下列約束條件：①該部超短波電臺(tái)電源模塊供電正常，工作電壓符合電臺(tái)需求；②測(cè)試夾具連線正確；③測(cè)試儀器儀表參數(shù)設(shè)置正確。

建立故障樹模型如圖3 所示。其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的具體定義見表1。

表1 故障樹節(jié)點(diǎn)定義

2.2 定位分析過程

如圖3 故障樹分析模型可以看出，造成該型超短波電臺(tái)發(fā)射功率檢測(cè)失敗的原因，即造成頂層時(shí)間的最高層中間事件，總體歸納為3 種情況，分為是：①電臺(tái)自身發(fā)信功能故障，無射頻信號(hào)輸出（X1）；②電臺(tái)音頻信號(hào)輸入失?。╔2）；③電臺(tái)射頻信號(hào)檢測(cè)失敗（X3）。

圖3 故障樹分析模型

為了驗(yàn)證中間事件X1與X3，將該電臺(tái)原廠自帶的送受話器直接插入電臺(tái)“話筒耳機(jī)”接口，并將射頻信號(hào)經(jīng)50 Ω 假負(fù)載后接入綜合測(cè)試儀“T/R”接口。然后手動(dòng)按住送受話器“PTT”按鍵喊話，觀察綜合測(cè)試儀的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，從綜合測(cè)試儀可以實(shí)時(shí)觀察到電臺(tái)射頻頻譜波形、載波功率、頻率偏移等相關(guān)參數(shù)隨著聲音呼喊的變化而變化。實(shí)驗(yàn)證明該超短波電臺(tái)本身發(fā)信功能正常。至于發(fā)射功率、頻率偏移等技術(shù)指標(biāo)參數(shù)正是本次工作要測(cè)試的內(nèi)容，這里只做功能性驗(yàn)證。由此，可以排除電臺(tái)自身發(fā)信故障（X1）及綜合測(cè)試儀與電臺(tái)中間各環(huán)節(jié)的問題（X3）。

基于上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以將問題范圍縮小到信號(hào)發(fā)生器與電臺(tái)之間某個(gè)環(huán)節(jié)。于是先從音頻信號(hào)發(fā)生器這一源頭開始著手。設(shè)置音頻信號(hào)發(fā)生器音頻頻率1 kHz，信號(hào)幅度10 mV，然后將信號(hào)發(fā)生器音頻輸出直接連接到綜合測(cè)試儀音頻分析接口。觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器音頻輸出，發(fā)現(xiàn)綜合測(cè)試儀能夠立即檢測(cè)到此音頻信號(hào)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)信號(hào)頻率、幅度等參數(shù)值都正常。這樣，排除了音頻信號(hào)發(fā)生器自身故障（X21）。剩下唯一的可能原因就是信號(hào)發(fā)生器與電臺(tái)話筒接口之間這段傳輸?shù)膯栴}了（X22）。

該型超短波電臺(tái)“話筒/耳機(jī)”接口采用的是7 芯航空插頭，型號(hào)Y50X-1007TK2，話筒接口插頭如圖4 所示。按照以往的經(jīng)驗(yàn)，容易發(fā)生插頭內(nèi)部芯線斷路或者接觸不良的情況。于是拆開接頭檢查連線發(fā)現(xiàn)無明顯異常。且利用此連接線檢測(cè)電臺(tái)可以正常接收信號(hào)，至此可以排除底層事件（X221）。

圖4 話筒接口插頭

現(xiàn)實(shí)情況中，由于設(shè)備生產(chǎn)廠家為了維護(hù)自己的核心技術(shù)以及追求各自的經(jīng)濟(jì)利益，在一些技術(shù)細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)方面存在差異。尤其對(duì)于一些特殊裝備，通常產(chǎn)量較少，涉密性較高，所以，不同裝備從技術(shù)原理設(shè)計(jì)到物理實(shí)現(xiàn)，差異巨大。即使是相同廠家的不同產(chǎn)品，甚至同型產(chǎn)品的不同版本之間都有一定的差異。這就要求裝備保障部門能夠清楚這些差異所在，以及由此帶來一定的困擾。由于在電臺(tái)測(cè)試工作中使用的該型超短波電臺(tái)是之前某型的改進(jìn)型，裝備從外觀看使用相同的射頻接口、音頻接口型號(hào)，且進(jìn)行裝備的首次測(cè)試。因此直接使用的前一型電臺(tái)測(cè)試夾具工裝。另一方面，接收功能測(cè)試良好，而發(fā)射功能測(cè)試不匹配，分析需要探究話筒接口的接線定義。通過查閱該新型超短波電臺(tái)技術(shù)資料，果然如此。話筒接口接線定義見表2，新型電臺(tái)話筒接口中通過“PTT”引腳電位高低來控制音頻收發(fā)轉(zhuǎn)換，而改進(jìn)前型電臺(tái)收發(fā)轉(zhuǎn)換直接通過送受話器手柄控制，即手柄內(nèi)部電路控制收發(fā)通斷。至此，發(fā)射功率測(cè)試失敗的原因也一清二楚，即測(cè)試工裝未處理“PTT”，導(dǎo)致音頻信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)未送入電臺(tái)（X222）。

表2 話筒接口接線定義

3 工裝設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

對(duì)于上述情況，通常為了節(jié)省時(shí)間采取的做法是改造一個(gè)新的送受話器，即從一個(gè)與之匹配的送受話器接頭處找到收發(fā)兩根接線（引腳2 與引腳3），從中額外并行引出兩根引線作為測(cè)試用音頻輸入輸出接口，利用送受話器的PTT 按鍵實(shí)現(xiàn)收發(fā)控制。但是該方法有兩個(gè)弊端。其一額外增加一個(gè)送受話器的開銷；其二對(duì)于信號(hào)有一定程度的衰減，影響指標(biāo)測(cè)試結(jié)果。于是，借助于裝備技術(shù)說明的原理進(jìn)行分析，PTT 控制電平為低電平時(shí)，話筒接口轉(zhuǎn)換為發(fā)送狀態(tài)；高電平時(shí)為接受狀態(tài)。默認(rèn)狀態(tài)為收信狀態(tài)。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易PTT收發(fā)控制裝置原理如圖5 所示。當(dāng)開關(guān)撥到發(fā)一側(cè)，PTT 引腳處于低電平，發(fā)射3 通路打通；當(dāng)開關(guān)撥到收一側(cè)，電臺(tái)處于接收狀態(tài)。

圖5 接口電路原理

經(jīng)過多次驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，該裝置可以完全實(shí)現(xiàn)音頻收發(fā)控制，音頻信號(hào)可以正常從接口輸入。電臺(tái)發(fā)射功率測(cè)試結(jié)果正常。

4 結(jié)束語

裝備技術(shù)指標(biāo)測(cè)試是裝備保障工作中的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)目前生產(chǎn)廠家眾多、裝備型號(hào)復(fù)雜、技術(shù)手段各異的現(xiàn)實(shí)狀況，技術(shù)指標(biāo)測(cè)試中對(duì)于測(cè)試工裝的調(diào)試占據(jù)了大部分工作。因此，針對(duì)一次測(cè)試工作中遇到的問題建立故障樹模型，從頂層事件逐步排查到底層事件，逐步找出原因所在。說明基于故障樹分析法的問題解決方式切實(shí)可行。另外，針對(duì)實(shí)例中的問題，制作測(cè)試工裝，節(jié)省一定的測(cè)試成本。