??? 雷達(dá)系統(tǒng)作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的“千里眼”，作用、地位十分突出，某型炮瞄雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始裝備我陸軍大部分部隊(duì)，成為我軍防空打靶訓(xùn)練中的主干設(shè)備，是地面防空系統(tǒng)的重要組成部分，它可在全天候條件下搜索、發(fā)現(xiàn)、監(jiān)視和跟蹤空中目標(biāo)，控制火炮對(duì)目標(biāo)實(shí)施有效地射擊^[1]。但是，雷達(dá)系統(tǒng)也已成為戰(zhàn)時(shí)首波遭受重點(diǎn)打擊的對(duì)象之一，其戰(zhàn)損率高，保障難度大。
??? 電視跟蹤系統(tǒng)作為某型雷達(dá)的重要組成部分，是雷達(dá)系統(tǒng)保障的重點(diǎn)之一^[2]。本文以某型雷達(dá)電視跟蹤系統(tǒng)的終端—電視監(jiān)視器為研究對(duì)象，對(duì)其內(nèi)部的視頻放大電路進(jìn)行分析，對(duì)基于仿真的故障知識(shí)生成方法進(jìn)行研究，為解決電路故障診斷系統(tǒng)知識(shí)獲取的瓶頸問(wèn)題提供了一個(gè)可行的方法。利用當(dāng)前世界公認(rèn)的PC級(jí)電路仿真軟件PSpice作為仿真平臺(tái)，通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序控制，自動(dòng)生成視頻放大器故障知識(shí)庫(kù)。在仿真環(huán)境下對(duì)電路注入故障不僅可以降低測(cè)試費(fèi)用，獲得有效的故障知識(shí)，而且能降低知識(shí)獲取的工作量以及對(duì)專業(yè)知識(shí)的依賴性，有效解決當(dāng)前電路故障知識(shí)獲取的難題^[3]。
1 故障知識(shí)獲取方法研究
??? 知識(shí)是診斷系統(tǒng)的核心與關(guān)鍵。把有關(guān)信息關(guān)聯(lián)在一起所形成的信息結(jié)構(gòu)定義為知識(shí)。知識(shí)具有相對(duì)正確性、不確定性、可表示及可利用性。目前智能診斷系統(tǒng)中，知識(shí)常被分為深層知識(shí)和淺層知識(shí)，所謂深層知識(shí)是指相關(guān)領(lǐng)域中的理論性知識(shí)、原理性知識(shí)，而專家的經(jīng)驗(yàn)通常被稱為表層知識(shí)或淺層知識(shí)。一般來(lái)說(shuō)，淺層次的知識(shí)有利于診斷效率的提高，深層次的知識(shí)有利于精確解的獲得。目前大多數(shù)智能系統(tǒng)都比較強(qiáng)調(diào)專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的作用，而較少關(guān)心深層知識(shí)，這在一定程度上限制了智能系統(tǒng)求解的能力^[3]。
??? 針對(duì)建立電子裝備智能故障診斷系統(tǒng)的知識(shí)獲取瓶頸問(wèn)題，專業(yè)人員對(duì)故障診斷知識(shí)獲取技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，目前主要的方法有以下幾種：
??? (1)基于數(shù)據(jù)發(fā)掘的知識(shí)獲取方法。該方法是從包含大量真實(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取隱藏的、先前未知的及具有潛在應(yīng)用價(jià)值的信息。
??? (2)基于模糊粗糙集的知識(shí)獲取方法。模糊粗糙集是由波蘭數(shù)學(xué)家Pawlak Z提出的，可以用于分析不完整、不確定的數(shù)據(jù)，能夠?qū)㈦[藏在信息系統(tǒng)中的知識(shí)以規(guī)則的形式挖掘出來(lái)。
??? (3)基于因果圖的知識(shí)獲取方法。1994年張勤教授提出的動(dòng)態(tài)因果圖是一種不確定的基于概率論的圖形化的知識(shí)表達(dá)推理方法，可將產(chǎn)生式規(guī)則用直觀的因果圖表示。
??? (4)基于免疫算法的知識(shí)獲取方法。免疫算法(IAs)是近年發(fā)展起來(lái)的一類求解多模態(tài)優(yōu)化問(wèn)題的算法，基于該項(xiàng)技術(shù)的知識(shí)獲取方法是將每個(gè)診斷規(guī)則看作是抗體群中之一，通過(guò)免疫算子對(duì)抗體群進(jìn)行反復(fù)迭代得到最優(yōu)診斷知識(shí)^[4]。
??? (5)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)獲取方法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)獲取方法就是利用這些特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)訓(xùn)練樣本的學(xué)習(xí)自動(dòng)獲取知識(shí)。
??? 故障知識(shí)獲取方法的研究促進(jìn)了故障診斷技術(shù)的發(fā)展。目前比較成熟的故障診斷技術(shù)有專家系統(tǒng)和故障字典法。但是它們的基本思想都是依靠領(lǐng)域?qū)＜业膯l(fā)性知識(shí)，使用某種描述方法（例如：IF…THEN型規(guī)則）建立知識(shí)庫(kù)，在計(jì)算機(jī)采集到被診斷對(duì)象的信息后，推理機(jī)在一定的推理策略下進(jìn)行推理，并通過(guò)解釋機(jī)將系統(tǒng)的推理結(jié)果解釋給用戶，從而可以迅捷有效地找到故障或者可能的故障，再由用戶進(jìn)行必要的驗(yàn)證^[5]。
??? 本文提出的故障知識(shí)獲取思想與以往的故障知識(shí)獲取方法在實(shí)現(xiàn)思路上有所創(chuàng)新，因此故障診斷實(shí)現(xiàn)方法也與上述方法有所區(qū)別。它是直接從電路的最基本單元——元器件出發(fā)，對(duì)每一個(gè)元器件建立比較準(zhǔn)確實(shí)用的故障模型，輸入到故障模型庫(kù)當(dāng)中。然后通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)故障模型之間的相互組合，建立比較完備的故障知識(shí)庫(kù)。
2 視頻放大器電路故障知識(shí)自動(dòng)生成的實(shí)現(xiàn)過(guò)程
2.1 故障器件模型庫(kù)的建立
??? 故障器件模型指的是對(duì)器件在非正常工作狀態(tài)下的近似描述，建立的目的是為了模擬器件在故障狀態(tài)下的行為。目前常用的故障器件模型分為兩種：用于硬故障的構(gòu)造模型和用于軟故障的參數(shù)模型。構(gòu)造模型一般根據(jù)器件的物理原理得到，每種元器件可能產(chǎn)生故障的數(shù)目和模式是固定的。例如開(kāi)路時(shí)，對(duì)應(yīng)的故障引腳電阻阻值設(shè)置為無(wú)窮大；短路時(shí)，其對(duì)應(yīng)故障結(jié)電阻阻值一般設(shè)置為5Ω；擊穿時(shí)，對(duì)應(yīng)的故障結(jié)電阻阻值設(shè)置為700Ω(PN結(jié)擊穿后電阻阻值一般在500Ω～1500Ω之間)。在仿真硬故障時(shí)采用較為簡(jiǎn)單的模型，在開(kāi)路的引腳上串聯(lián)無(wú)窮大的電阻，短路引腳用阻值為零的電阻連接，避免電源同時(shí)短路^[4]。
??? 為了盡可能模擬電路中可能產(chǎn)生的所有故障，參數(shù)模型的建立是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。在模擬電路的實(shí)際故障當(dāng)中，短路以及斷路的情況發(fā)生的畢竟比較少，排除起來(lái)也較為簡(jiǎn)單；電路故障的排除難點(diǎn)在于元器件參數(shù)的漂移，至今仍沒(méi)有找到很好的解決辦法^[6]。本文從元器件的本身出發(fā)，詳細(xì)分析內(nèi)部參數(shù)與故障現(xiàn)象之間的關(guān)系，進(jìn)行元器件的參數(shù)建模。
??? 參數(shù)模型完全建立在器件模型的基礎(chǔ)之上，每一個(gè)元器件的故障模型不止一個(gè)，而同類型的元器件也完全可以用同一個(gè)故障模型來(lái)代替。因此，完全可以按照元器件的類型進(jìn)行建模，根據(jù)實(shí)際需要建立一定的步長(zhǎng)，通過(guò)修改器件模型中的參數(shù)值，建立實(shí)用的故障模型。
2.2 PSPICE的工程管理
??? PSpice軟件主要包含5個(gè)部分：
??? (1)輸入部分：主要負(fù)責(zé)文本或圖形的讀入和編譯；
??? (2)器件模型處理：根據(jù)用戶輸入的器件參數(shù)將器件表示成數(shù)學(xué)表達(dá)式或參數(shù)數(shù)組；
??? (3)建立電路方程：根據(jù)電路結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)、分析類型等用改進(jìn)節(jié)點(diǎn)法建立方程；
??? (4)求數(shù)值解：根據(jù)分析要求對(duì)上一步建立的方程求解；
??? (5)輸出部分：負(fù)責(zé)輸出結(jié)果的后處理^[7]。
??? 如果以PSpice軟件作為仿真平臺(tái)，PSpice軟件就真正地成為了一個(gè)故障仿真器，根據(jù)故障器件模型建立的原則，使用Pspice軟件中的Model Editor模塊^[8]，根據(jù)器件手冊(cè)給出的元器件特性參數(shù)建立元器件故障模型，保存在本工程下的故障模型庫(kù)當(dāng)中^[9]。
??? 最后將所有可能的故障情況的仿真結(jié)果仿真出來(lái)，然后將每一種仿真結(jié)果輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)了視頻放大電路故障知識(shí)庫(kù)自動(dòng)建立^[10]。
2.3 VC++編譯環(huán)境下的程序設(shè)計(jì)
??? 視頻放大器電路故障模型庫(kù)建立以后，每一個(gè)元器件在故障模型庫(kù)內(nèi)均可以找到自己的故障模型，然而電路故障發(fā)生的可能性往往是由故障器件之間的相互組合形成的，因此可能出現(xiàn)的故障數(shù)量眾多，仿真結(jié)果數(shù)目也十分巨大。如果用傳統(tǒng)的手工建立這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)，不僅耗時(shí)耗力，而且非常難實(shí)現(xiàn)。
??? 針對(duì)以上出現(xiàn)的難點(diǎn)問(wèn)題，本文提出在VC++編譯環(huán)境下，利用C語(yǔ)言程序控制已經(jīng)建立好的故障器件模型自動(dòng)地去替代原來(lái)正常的器件模型，實(shí)現(xiàn)故障模型之間的相互組合，理論上覆蓋了所有可能的故障情況，建立比較完備的故障仿真知識(shí)庫(kù)。
??? 利用C程序控制命令行，通過(guò)命令行來(lái)啟動(dòng)PSpice仿真文件，PSpice可以通過(guò)配置命令行參數(shù)自定義啟動(dòng)模式。從Design Manager菜單中選擇File/Properties命令，用戶可以在命令行文本屬性對(duì)話框中自定義這些屬性，設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性，實(shí)現(xiàn)了故障知識(shí)獲取的新思路，如圖1所示。

?

3 驗(yàn)證
??? 以視頻放大器電路為例進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。視頻放大器原理圖如圖2所示，在輸入輸出端口放置探針，觀察輸入輸出波形。具體步驟為：(1)根據(jù)視頻放大器內(nèi)部電路元器件的失效方式以及參數(shù)建立故障模型；(2)在VC++編譯環(huán)境下利用C程序控制命令行建立與PSpice軟件的鏈接。根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證，命令行完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PSpice文件的啟動(dòng)，而命令行又可以利用C語(yǔ)言程序進(jìn)行控制。因此對(duì)PSpice軟件的程序控制難題得到解決；(3)利用C程序控制故障模型庫(kù)中的故障模型不停地去替換現(xiàn)有的元器件模型，并實(shí)現(xiàn)故障模型之間的相互組合，生成視頻放大器電路故障知識(shí)庫(kù)。

?

??? 本文利用逆向思維，提出了基于PSpice仿真的故障知識(shí)獲取新方法，以電視監(jiān)視器電路為例具體分析了實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了知識(shí)獲取的“智能化”。如果根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，定義元器件的故障失效方式以及具體參數(shù)，不斷地更新元器件故障模型庫(kù)，通過(guò)填寫(xiě)故障知識(shí)，就可以應(yīng)用到雷達(dá)系統(tǒng)中的各個(gè)電路模塊中，并可以根據(jù)不同模塊添加故障知識(shí)，修改程序。在維護(hù)檢修過(guò)程中，可以對(duì)模塊進(jìn)行檢測(cè)從而縮小檢測(cè)范圍，提高效率，通過(guò)更換模塊節(jié)約成本，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)便而準(zhǔn)確快速實(shí)用的故障字典。
參考文獻(xiàn)
[1] 段敏，張錫恩.基于仿真的通用模擬電路故障知識(shí)獲取平臺(tái)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，27(1):129-131.
[2]?Gatelani M，Giraldi S.A measurement system for fault detection and fault isolation of analog circuits[J] .Measurement,1999,(25).
[3]?郭梁.基于仿真的二次電路，故障知識(shí)生成技術(shù)研究[D].軍械工程學(xué)院，2007.
[4]?賈新章. OrCAD/ PSpice9 實(shí)用教程[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 2005 :86-87.
[5]?汪建民.PSpice電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]. 北京國(guó)防工業(yè)出版社，2007.
[6]?周東華，王桂增.故障診斷技術(shù)綜述[J].化工自動(dòng)化及儀表，1998，25(1):58-62.
[7]?Masanotti D，Langlois p，Taylor j.A method to model neuron activity.Proceedings of the 28th IEEE EMBS Annual International Conference,New York：Aug 30-Sept 3，2006.
[8]?祁士勇，高洪濤。PSPICE在模擬電路故障診斷中的應(yīng)用[J].科技資訊，2008，(13).
[9]?羅飛。通用電路的計(jì)算機(jī)分析與設(shè)計(jì)——PSpice應(yīng)用教程[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.
[10]?許穎.基于知識(shí)的雷達(dá)設(shè)備故障診斷的研究[D].航天部二院,1992.
[11]?總裝備部通用裝備保障部.LLP12型雷達(dá)技術(shù)勤務(wù)與修理[M].
[12]?李永平.PSpice電路仿真程序設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.