刍议火控系统故障预测与健康管理技术
李伟领
摘 要：随着现代化控制理论和智能控制技术的发展，火控系统从最初的简易火控系统逐渐发展为目标自动跟踪综合性火控系统，属于综合性软件密集型系统。传统火控系统故障检测主要是依据故障特征信息进行分析，而如今火控系统更加智能和复杂，因此需要加强对全新故障预测与健康管理技术的研究。本文主要分析了火控系统故障预测与健康管理技术的原理和应用现状，阐述了故障预测与健康管理中的关键技术，并针对故障预测与健康管理体系的结构进行了研究和探讨。
关键词：火控系统；故障预测与健康管理；体系结构
随着信息化时代的来临，各个领域加大了对计算机技术、自动化技术、智能控制技术等应用。其中PHM技术作为全新的故障预测与健康管理技术，具有实时化、智能化和综合化的特征，并在国防领域、航天领域及民用领域中广泛应用[1]。火控系统具有高科技性和复杂性，如果其存在问题，将会对装备作战的效能产生影响，甚至出现安全问题，因此必须加强对火控系统的故障预测与健康管理。
1 故障预测与健康管理技术的原理及应用现状
PHM技术是给予Codition Based Maintenance而逐渐发展起来的故障预测与健康管理技术，主要实现降低对传感器采集数据信息的利用率，通过不同推理算法实现火控系统健康状况的评估[2]。PHM技术包含故障预测和健康管理两部分，其中故障预测主要是依据系统过往状态和实时状态，对系统完成功能的状态进行预测诊断。健康管理主要是依据预测信息、维修资源、使用要求等进行诊断，实现对装备维修计划和维修方法的决策。
在航空领域中，美国波音公司通过应用飞机状态管理系统，有效提高了飞行的安全性和运营效率，并提高了该公司的经济效益。健康与使用监控系统在战斗机、运输机等军事领域设备中得到了广泛应用，有效提高任务了完备率。航天领域对PHM技术的应用主要为航天器综合健康管理系统、飞机状态分析与管理系统等。我国关于PHM技术的研究主要体现在PHM系统体系结构、关键技术等方面，如基于PHM技术的雷达装备维修保障系统。将PHM技术应用在火控系统中具有良好的前景。
2 火控系统故障预测与健康管理的关键技术
本文主要针对火炮火控系统的故障预测与健康管理各项关键技术进行了分析。
2.1 PHM传感技术
火控系统的弹道参数修正量传感器，能够提供实时的弹道参数当前值或偏差值，如果出现出现偏差，则计算机可以及时计算出修正量进行补偿，提高火炮设计的准确性[3]。而PHM技术应用在火控系统中，需要传感器能够联网，且需要提高对恶劣坏境的抵抗能力，尤其是对电磁干扰的抵抗能力。通过提高传感器器件精度、稳定性和减小传感器尺寸等，满足PHM技术的要求，且引进新兴微机电系统能够进一步促进传感器向小型化方向发展，实现降低功耗和无线通信成本的目的。
2.2 PHM嵌入式测试诊断技术
火控系统作为综合性软件密集型系统，如果嵌入式软件存在性能问题，则会直接影响火控系统的性能。通过对火控系统的鉴定可以了解到，当前针对嵌入式软件性能的测试还不足，难以满足要求。嵌入式系统主要是以应用系统作为核心，实现提高系统速度、安全性等要求，即其可以进行软硬件的裁减。PHM嵌入式诊断技术主要是针对嵌入式操作系统、微处理器、硬件设备和应用程度等进行检测，还具有控制管理和测试的能力。
2.3 PHM数据传输技术
火控系统具有复杂性和智能性等特征，因此其所产生的数据具有海量性，包含故障参数、特征阐述等数据。针对所产生的数据均需要传输到其他部分，因此必须确保数据传输技术性能的优良。目前数据传输主要包含有线传输技术和无线传输计划，其中有线传输技术主要是利用有线数据线和网络进行数据的传输，即针对传感器采集的数据通过特定的有线网络传输到中央级监测处理系统中。无线传输主要是利用无线调制解调器进行数据通讯[4]。
2.4 PHM故障预测技术
PHM故障预测技术分为三种类型，即基于模型、知识和数据的故障预测技术。基于模型的故障预测技术需要明确对象系统精确的数学模型，且需要通过修正对象系统的数学模型提高预测精度和实时预测的要求，具有一定的局限性。基于知识的故障预测技术对系统模型的要求不高，但需要大量的专家知识作为基础，联合模糊逻辑进行故障的预测。但在实际应用中会出现专家知识局限性问题和专家知识表述难度较高等，继而出现预测技术的实效。基于数据的故障预测技术主要是挖掘数据中隐含的信息，但可能会出现采集数据不确定和不完整的情况。
3 火控系统故障预测与健康管理体系的结构
火控系统故障预测与健康管理系统主要分为四个模块，故障诊断模块、故障预测模块、数据解析模块和辅助功能模块。故障诊断模块又包含故障诊断、故障维修措施和历史故障查询；故障预测模块包含实时状态数据采集、故障预测、故障报警和历史检测数据查询；数据解析包含数据记录、数据解析和数据导出；辅助功能包含知识库维护和数据导入[5]。故障预测与健康管理系统具有独立性、多功能性、通用性等特征，能够提供是的那个的故障维修措施。
4 结束语
综上所述，随着火控系统的发展，在火控系统中应用PHM技术具有必要性。目前火控系统故障预测和健康管理还处在初级阶段，为了推进PHM技术的应用和发展，需要将众多PHM关键技术相互融合，基于故障智能预测方法，提高预测准确率，并对火控系统实现全新的健康管理，建立通用的健康管理系统平台。
参考文献
[1]胡冬，谢劲松，吕卫民.故障预测与健康管理技术在导弹武器系统中的应用[J].导弹与航天运载技术，2010，04：24-30.
[2]景博，黄以锋，张建业.航空电子系统故障预测与健康管理技术现状与发展[J]. 空军工程大学学报（自然科学版），2010，06：1-6.
[3]邵思杰，曹勇，李爱民.基于多信号模型的火控系统测试性分析与仿真验证[J].计算机测量与控制，2012，07：1907-1909.
[4]杨国振，常天庆，张雷，朱斌.装甲装备故障预测与健康管理系统技术研究[J].计算机测量与控制，2012，10：2728-2730+2738.
[5]高美娟，刘白林，张振华，肖亮.基于Linux/QT的火控系统故障预测的设计与实现[J].西安工业大学学报，2015，03：201-204+209.
摘 要：随着现代化控制理论和智能控制技术的发展，火控系统从最初的简易火控系统逐渐发展为目标自动跟踪综合性火控系统，属于综合性软件密集型系统。传统火控系统故障检测主要是依据故障特征信息进行分析，而如今火控系统更加智能和复杂，因此需要加强对全新故障预测与健康管理技术的研究。本文主要分析了火控系统故障预测与健康管理技术的原理和应用现状，阐述了故障预测与健康管理中的关键技术，并针对故障预测与健康管理体系的结构进行了研究和探讨。
关键词：火控系统；故障预测与健康管理；体系结构
随着信息化时代的来临，各个领域加大了对计算机技术、自动化技术、智能控制技术等应用。其中PHM技术作为全新的故障预测与健康管理技术，具有实时化、智能化和综合化的特征，并在国防领域、航天领域及民用领域中广泛应用[1]。火控系统具有高科技性和复杂性，如果其存在问题，将会对装备作战的效能产生影响，甚至出现安全问题，因此必须加强对火控系统的故障预测与健康管理。
1 故障预测与健康管理技术的原理及应用现状
PHM技术是给予Codition Based Maintenance而逐渐发展起来的故障预测与健康管理技术，主要实现降低对传感器采集数据信息的利用率，通过不同推理算法实现火控系统健康状况的评估[2]。PHM技术包含故障预测和健康管理两部分，其中故障预测主要是依据系统过往状态和实时状态，对系统完成功能的状态进行预测诊断。健康管理主要是依据预测信息、维修资源、使用要求等进行诊断，实现对装备维修计划和维修方法的决策。
在航空领域中，美国波音公司通过应用飞机状态管理系统，有效提高了飞行的安全性和运营效率，并提高了该公司的经济效益。健康与使用监控系统在战斗机、运输机等军事领域设备中得到了广泛应用，有效提高任务了完备率。航天领域对PHM技术的应用主要为航天器综合健康管理系统、飞机状态分析与管理系统等。我国关于PHM技术的研究主要体现在PHM系统体系结构、关键技术等方面，如基于PHM技术的雷达装备维修保障系统。将PHM技术应用在火控系统中具有良好的前景。
2 火控系统故障预测与健康管理的关键技术
本文主要针对火炮火控系统的故障预测与健康管理各项关键技术进行了分析。
2.1 PHM传感技术
火控系统的弹道参数修正量传感器，能够提供实时的弹道参数当前值或偏差值，如果出现出现偏差，则计算机可以及时计算出修正量进行补偿，提高火炮设计的准确性[3]。而PHM技术应用在火控系统中，需要传感器能够联网，且需要提高对恶劣坏境的抵抗能力，尤其是对电磁干扰的抵抗能力。通过提高传感器器件精度、稳定性和减小传感器尺寸等，满足PHM技术的要求，且引进新兴微机电系统能够进一步促进传感器向小型化方向发展，实现降低功耗和无线通信成本的目的。
2.2 PHM嵌入式测试诊断技术
火控系统作为综合性软件密集型系统，如果嵌入式软件存在性能问题，则会直接影响火控系统的性能。通过对火控系统的鉴定可以了解到，当前针对嵌入式软件性能的测试还不足，难以满足要求。嵌入式系统主要是以应用系统作为核心，实现提高系统速度、安全性等要求，即其可以进行软硬件的裁减。PHM嵌入式诊断技术主要是针对嵌入式操作系统、微处理器、硬件设备和应用程度等进行检测，还具有控制管理和测试的能力。
2.3 PHM数据传输技术
火控系统具有复杂性和智能性等特征，因此其所产生的数据具有海量性，包含故障参数、特征阐述等数据。针对所产生的数据均需要传输到其他部分，因此必须确保数据传输技术性能的优良。目前数据传输主要包含有线传输技术和无线传输计划，其中有线传输技术主要是利用有线数据线和网络进行数据的传输，即针对传感器采集的数据通过特定的有线网络传输到中央级监测处理系统中。无线传输主要是利用无线调制解调器进行数据通讯[4]。
2.4 PHM故障预测技术
PHM故障预测技术分为三种类型，即基于模型、知识和数据的故障预测技术。基于模型的故障预测技术需要明确对象系统精确的数学模型，且需要通过修正对象系统的数学模型提高预测精度和实时预测的要求，具有一定的局限性。基于知识的故障预测技术对系统模型的要求不高，但需要大量的专家知识作为基础，联合模糊逻辑进行故障的预测。但在实际应用中会出现专家知识局限性问题和专家知识表述难度较高等，继而出现预测技术的实效。基于数据的故障预测技术主要是挖掘数据中隐含的信息，但可能会出现采集数据不确定和不完整的情况。
3 火控系统故障预测与健康管理体系的结构
火控系统故障预测与健康管理系统主要分为四个模块，故障诊断模块、故障预测模块、数据解析模块和辅助功能模块。故障诊断模块又包含故障诊断、故障维修措施和历史故障查询；故障预测模块包含实时状态数据采集、故障预测、故障报警和历史检测数据查询；数据解析包含数据记录、数据解析和数据导出；辅助功能包含知识库维护和数据导入[5]。故障预测与健康管理系统具有独立性、多功能性、通用性等特征，能够提供是的那个的故障维修措施。
4 结束语
综上所述，随着火控系统的发展，在火控系统中应用PHM技术具有必要性。目前火控系统故障预测和健康管理还处在初级阶段，为了推进PHM技术的应用和发展，需要将众多PHM关键技术相互融合，基于故障智能预测方法，提高预测准确率，并对火控系统实现全新的健康管理，建立通用的健康管理系统平台。
参考文献
[1]胡冬，谢劲松，吕卫民.故障预测与健康管理技术在导弹武器系统中的应用[J].导弹与航天运载技术，2010，04：24-30.
[2]景博，黄以锋，张建业.航空电子系统故障预测与健康管理技术现状与发展[J]. 空军工程大学学报（自然科学版），2010，06：1-6.
[3]邵思杰，曹勇，李爱民.基于多信号模型的火控系统测试性分析与仿真验证[J].计算机测量与控制，2012，07：1907-1909.
[4]杨国振，常天庆，张雷，朱斌.装甲装备故障预测与健康管理系统技术研究[J].计算机测量与控制，2012，10：2728-2730+2738.
[5]高美娟，刘白林，张振华，肖亮.基于Linux/QT的火控系统故障预测的设计与实现[J].西安工业大学学报，2015，03：201-204+209.
