由于某些雷達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障發(fā)生率高，檢測難度大，在現(xiàn)場分析、判斷和處理這些故障時(shí)，主要依賴維修人員的經(jīng)驗(yàn)，維修質(zhì)量和效率往往難以得到保證。因此，開發(fā)故障檢測專家系統(tǒng)，以提高故障檢測的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
　　
　　專家系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)
　　
　　圖1所示為專家系統(tǒng)原理圖，圖2為低層診斷模型。　　以低層診斷為基礎(chǔ)，推理機(jī)結(jié)合部件故障知識(shí)進(jìn)行推理診斷，得到高層故障假設(shè)結(jié)論；若假設(shè)故障被確認(rèn)，元知識(shí)庫啟動(dòng)推理機(jī)，從假設(shè)結(jié)論出發(fā)，再利用目標(biāo)級(jí)故障知識(shí)推理診斷，直到得出結(jié)論（見圖3）。　　系統(tǒng)組成及工作流程
　　
　　1、故障檢測專家系統(tǒng)組成
　　
　　故障檢測專家系統(tǒng)組成如圖4所示。專家系統(tǒng)是一種包含知識(shí)和推理的智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，通常由知識(shí)庫、推理機(jī)、人機(jī)接口、綜合數(shù)據(jù)庫、知識(shí)獲取模塊以及解釋程序組成。　　知識(shí)庫是一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，是專家系統(tǒng)的核心組成部分，它用于存儲(chǔ)從專家那里得到的關(guān)于某一特定領(lǐng)域?qū)ｉT知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。知識(shí)庫所存儲(chǔ)的知識(shí)都屬于比較穩(wěn)定通用的專家領(lǐng)域知識(shí)和規(guī)則，一般包含專家知識(shí)、領(lǐng)域知識(shí)和元知識(shí)。其中，專家知識(shí)是領(lǐng)域?qū)＜覐拈L期工作實(shí)踐中獲得的經(jīng)驗(yàn)性總結(jié)；領(lǐng)域知識(shí)是指一種廣泛公用的知識(shí)，包括書本上的知識(shí)及一些一般性常識(shí)；元知識(shí)是利用知識(shí)進(jìn)行推理的知識(shí)。
　　
　　推理機(jī)是人類專家思維機(jī)制的一種算法表示和機(jī)器實(shí)現(xiàn)，包括推理機(jī)制和控制策略，是根據(jù)知識(shí)庫進(jìn)行各種搜索和推理的程序模塊，用于控制系統(tǒng)的運(yùn)行和執(zhí)行各種任務(wù)。其中，推理部分是運(yùn)用已有的知識(shí)和規(guī)則去推理，以謀求新的結(jié)論，而控制策略部分的作用是確定運(yùn)用規(guī)則進(jìn)行推理的順序，并決定下一步的工作。推理機(jī)根據(jù)用戶當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)，搜索知識(shí)庫中相關(guān)的知識(shí)，并應(yīng)用其中的規(guī)則和某種推理策略去推導(dǎo)出結(jié)論，向用戶提供解決問題的答案。
　　
　　綜合數(shù)據(jù)庫是用于存儲(chǔ)所檢測問題領(lǐng)域內(nèi)原始特征數(shù)據(jù)的信息、推理過程中得到的各種中間信息和解決問題后輸出結(jié)果信息的存儲(chǔ)器。
　　
　　知識(shí)獲取模塊是專家系統(tǒng)和領(lǐng)域?qū)＜?、知識(shí)工程師的接口。通過它與領(lǐng)域?qū)＜液椭R(shí)工程師的交互，使知識(shí)庫不僅可獲得知識(shí)，而且可使知識(shí)庫中的知識(shí)得到不斷的修改、充實(shí)和提煉，從而使系統(tǒng)的性能得到不斷的改善。
　　
　　解釋程序能夠?qū)ν评磉^程做出解釋，不僅可以解釋推理的路線和為什么需要詢問那些特征信息數(shù)據(jù)，而且可以解釋推理得到的正確結(jié)論。
　　
　　2、工作流程
　　
　　故障檢測專家系統(tǒng)是通過推理機(jī)與知識(shí)庫和綜合數(shù)據(jù)庫的交互作用來求解問題的，這種求解過程有如下幾個(gè)步驟：
　　
　?。?）用戶將故障現(xiàn)象交給人機(jī)接口，人機(jī)接口將故障信息送入推理機(jī)。
　　
　?。?）推理機(jī)根據(jù)故障信息按一定的搜索策略，依據(jù)用戶反饋信息進(jìn)行正向推理，并結(jié)合當(dāng)前的推理狀態(tài)，從知識(shí)庫的故障樹結(jié)點(diǎn)事件提取交互信息，提供給人機(jī)接口，以提問或操作要求的方式顯示。
　　
　?。?）解釋程序?qū)ν评頇C(jī)運(yùn)算出的每一步推理狀態(tài)進(jìn)行分析并做出簡明易懂的解釋。
　　
　　（4）解釋程序記錄故障檢測每一步的推理狀態(tài)，并提取相應(yīng)圖形符號(hào)，經(jīng)過人機(jī)接口以流程圖的方式將推理過程顯示。這些模塊彼此配合，互遞信息，共同完成故障定位、排除和維修提示等任務(wù)。
　　
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
　　1、設(shè)計(jì)依據(jù)
　　
　　故障檢測專家系統(tǒng)主要基于該雷達(dá)的系統(tǒng)自檢過程和設(shè)計(jì)人員的人工經(jīng)驗(yàn)，通過配套的檢測設(shè)備采集故障信息，并通過串行通信將故障信息傳遞給計(jì)算機(jī)；或通過人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)檢測、維修的自動(dòng)化和智能化。
　　
　　系統(tǒng)自檢過程是現(xiàn)代雷達(dá)zui基本的一種功能，它包括：開機(jī)自檢、周期性自檢、停機(jī)維護(hù)測試等。系統(tǒng)自檢產(chǎn)生的信息可簡單地分為：（1）子系統(tǒng)測試信息——發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天饋線、伺服系統(tǒng)、信號(hào)數(shù)據(jù)處理機(jī)及主控臺(tái)等子系統(tǒng)的自檢信息。（2）系統(tǒng)測試信息，主要用來檢測、校正和調(diào)整雷達(dá)的狀態(tài)及各子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。專家系統(tǒng)所針對的雷達(dá)，通過自檢便基本可判斷出產(chǎn)生故障的子系統(tǒng)，因而故障檢測直接針對各個(gè)子系統(tǒng)。
　　
　　專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括知識(shí)庫、推理機(jī)、人機(jī)接口、解釋器、知識(shí)獲取器和系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。其中，知識(shí)庫、推理機(jī)和系統(tǒng)軟件是主體，也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
　　
　　2、知識(shí)庫的設(shè)計(jì)
　　
　　知識(shí)庫主要功能是存儲(chǔ)和管理專家系統(tǒng)中的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。專家系統(tǒng)知識(shí)庫主要由故障分類表、子故障分類表、故障現(xiàn)象表以及所有的故障知識(shí)表（故障數(shù)據(jù)庫）組成。知識(shí)庫中擁有知識(shí)的多少及知識(shí)的質(zhì)量決定了一個(gè)專家系統(tǒng)所具有解決問題的能力。系統(tǒng)故障知識(shí)的獲取主要是通過研究雷達(dá)結(jié)構(gòu)和故障機(jī)理來掌握原理性的知識(shí)，以及從專家處獲取啟發(fā)式的經(jīng)驗(yàn)診斷知識(shí)、實(shí)用的專業(yè)技術(shù)資料等。
　　
　?、購睦走_(dá)結(jié)構(gòu)和故障機(jī)理分析中獲取
　　
　　利用雷達(dá)中已有測試點(diǎn)，結(jié)合測試信號(hào)的特征進(jìn)行全面分析。通過對雷達(dá)中各部件之間的連接以及對部件板級(jí)上每個(gè)具體芯片功能進(jìn)行研究，分析特征信號(hào)在雷達(dá)正常時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值；在進(jìn)行故障檢測時(shí)，將測試信號(hào)的實(shí)際工作值與正常工作的標(biāo)準(zhǔn)值比對，以判定出故障點(diǎn)。
　　
　　利用雷達(dá)的功能特點(diǎn)進(jìn)行有針對性的分析。當(dāng)雷達(dá)出現(xiàn)故障時(shí)，除了檢測電路本身故障外，還要考慮特殊環(huán)節(jié)引起的可能故障，另外開關(guān)器件（大功率開關(guān)管、繼電器和接觸器等）也容易損壞而引起故障。
　　
　　針對雷達(dá)中的共同問題進(jìn)行綜合分析。雷達(dá)中各器件、部件間由電纜實(shí)現(xiàn)連接，由于電纜本身損壞或接口連接的不可靠，存在著故障隱患。
　　
　?、趶膶＜医?jīng)驗(yàn)中獲取
　　
　　根據(jù)平時(shí)常見的故障、專業(yè)維修人員的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，以及專家長期積累掌握的基礎(chǔ)理論、研究成果、思維邏輯、解決問題的經(jīng)驗(yàn)等，可以匯總雷達(dá)分系統(tǒng)的常見故障。
　　
　　3、推理機(jī)設(shè)計(jì)
　　
　　推理機(jī)是專家系統(tǒng)的組織控制機(jī)構(gòu)，它根據(jù)當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)來運(yùn)行知識(shí)庫中的相應(yīng)知識(shí)，按一定策略進(jìn)行推理，以達(dá)到要求的目標(biāo)。該專家系統(tǒng)中，推理機(jī)根據(jù)用戶提供的故障信息，在知識(shí)庫內(nèi)尋找能與之匹配的故障樹結(jié)點(diǎn)事件，每步推理都以用戶反饋信息為依據(jù)，沿故障樹脈絡(luò)進(jìn)行正向推理，逐步縮小故障范圍，直至完成故障源定位。推理機(jī)正向推理過程如圖5所示。　　4、人機(jī)接口的設(shè)計(jì)
　　
　　人機(jī)接口包括開發(fā)界面和使用界面。開發(fā)界面面向系統(tǒng)和系統(tǒng)維護(hù)者；使用界面面向系統(tǒng)使用者，常常涉及“人機(jī)交互”，它包括輸入和輸出兩個(gè)部分。用戶按照提示輸入數(shù)據(jù)，并向系統(tǒng)提出請求或問題要求系統(tǒng)回答或演示。系統(tǒng)輸出各種提示、中間結(jié)果和zui后結(jié)果，也可輸出用戶所要求的信息、各種解釋，或按照用戶的要求演示推理過程。
　　
　　5、解釋模塊設(shè)計(jì)
　　
　　解釋模塊負(fù)責(zé)對系統(tǒng)檢測推理過程給出必要的解釋，包括2個(gè)解釋子模塊：文字模塊和圖形模塊。其中，文字模塊負(fù)責(zé)對專家系統(tǒng)檢測推理過程給出必要的文字解釋，以結(jié)點(diǎn)作為解釋的基本層次；圖形模塊負(fù)責(zé)將故障現(xiàn)象、用戶選擇、檢測過程及檢測結(jié)果這些知識(shí)信息用流程圖的方式進(jìn)行顯示，以便用戶操作和觀察，并以此作為記錄檢測過程的方法。
　　
　　6、知識(shí)獲取器的設(shè)計(jì)
　　
　　在專家系統(tǒng)中要設(shè)計(jì)知識(shí)獲取器困難較大，比較實(shí)用的方法是建立一個(gè)知識(shí)編輯器。知識(shí)編輯器是知識(shí)工程師的一種工具軟件，用來幫助知識(shí)工程師編輯從專家那里獲取的知識(shí)。它可以對知識(shí)進(jìn)行檢索、修改、刪除和重組，并檢查知識(shí)的相容性、完整性和一致性。
　　
　　7、專家系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
　　
　　為了能更快速、準(zhǔn)確地檢測出雷達(dá)的故障，將CAN總線應(yīng)用到某雷達(dá)，構(gòu)建故障檢測專家系統(tǒng)。CAN（ControllerAreaNetwork）是控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是目前發(fā)展較快的一種現(xiàn)場總線，主要用于各種過程或設(shè)備檢測及控制。它是目前*具備標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線，具有容錯(cuò)能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、帶寬大等特點(diǎn)。
　　
　　結(jié)合某雷達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)構(gòu)建一種上位運(yùn)行專家系統(tǒng)，下位機(jī)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)和信號(hào)的在線故障檢測專家系統(tǒng)，如圖6所示。　　根據(jù)某雷達(dá)的整體功能模塊的不同，方案將各個(gè)功能模塊劃分為若干檢測子系統(tǒng)，利用CAN總線技術(shù)構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個(gè)子系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)CAN智能節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測該模塊中待檢測設(shè)備的運(yùn)行狀況，并將檢測結(jié)果通過CAN總線發(fā)送給故障檢測專家系統(tǒng)。故障檢測專家系統(tǒng)運(yùn)行在上位機(jī)上，對下位機(jī)發(fā)送檢測命令，下位機(jī)檢測預(yù)留在各子系統(tǒng)的測試點(diǎn)，把測試的各種數(shù)據(jù)，如電壓、各種開關(guān)量等，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，發(fā)送故障檢測專家系統(tǒng)；同時(shí)，專家系統(tǒng)根據(jù)檢測信息和各模塊發(fā)送的自檢信息，給出結(jié)論后存儲(chǔ)并進(jìn)行顯示，檢測員可通過查詢主機(jī)快速、及時(shí)對狀態(tài)和故障情況判斷（見圖7）。　　故障檢測專家系統(tǒng)在上位機(jī)（軍用計(jì)算機(jī)）上運(yùn)行，操作系統(tǒng)采用WindowsXP，采用VC++6.0編寫故障檢測專家系統(tǒng)和通信模塊。下位機(jī)采用嵌入式計(jì)算機(jī)PC104，通過CAN總線負(fù)責(zé)對整個(gè)雷達(dá)進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，包括電源電壓等的模擬信號(hào)，各種開關(guān)量信號(hào)等。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，再通過RS-232串行接口將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，下位機(jī)的通信程序采用C語言編寫。各個(gè)模塊的自檢信息，專家系統(tǒng)可以直接通過CAN總線獲取。
　　
　　此系統(tǒng)采用CAN2.0B的數(shù)據(jù)幀，有29位標(biāo)志符，占4字節(jié)的長度。定義見表1。　　
　　優(yōu)先級(jí)是CAN數(shù)據(jù)包優(yōu)先級(jí)，占3位，總共有8個(gè)優(yōu)先級(jí)。PF為數(shù)據(jù)類型代碼，占8位。PS/DA為數(shù)據(jù)類型擴(kuò)展碼或目標(biāo)地址，占8位。當(dāng)PF值小于240（0xF0）時(shí)，PS/DA位填寫目標(biāo)地址DA；當(dāng)PF值不小于240時(shí)，PS/DA位填寫數(shù)據(jù)類型擴(kuò)展碼PS。SA為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的CAN總線地址，占8位。保留位固定填寫0。幀ID中PF、PS、DA的值分別取自在CAN數(shù)據(jù)包中PF、PS、DA的值。
　　
　　本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用雙CAN總線，每個(gè)線路zui多可連接110個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，CAN總線傳輸速率設(shè)定為250kb/s，對應(yīng)的位時(shí)間為4μs，網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)必須設(shè)置為相同值。節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送數(shù)據(jù)以CAN1總線為主，CAN2總線為輔。當(dāng)CAN1總線擁堵的情況下，CAN2總線啟動(dòng)，如果發(fā)送控制器在5ms內(nèi)仍未完成總線發(fā)送，則須取消未完成的發(fā)送，以免影響總線上其他智能節(jié)點(diǎn)的工作。接收數(shù)據(jù)通過CAN1總線、CAN2總線分別接收，并分別送給應(yīng)用程序處理。
　　
　　CAN總線智能節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括：CAN節(jié)點(diǎn)初始化、報(bào)文發(fā)送和報(bào)文接受。通過DLL提供API應(yīng)用層接口編程。
　　
　　實(shí)例應(yīng)用
　　
　　某雷達(dá)的天饋系統(tǒng)，由天線、天線座、饋線系統(tǒng)、倒伏機(jī)構(gòu)等部件組成。專家系統(tǒng)發(fā)送自檢命令給天饋系統(tǒng)，系統(tǒng)對自身的各個(gè)部件進(jìn)行自檢，自檢結(jié)果通過CAN總線發(fā)回專家系統(tǒng)，其格式見表2。　　
　　數(shù)據(jù)格式為3字節(jié)，其中，第1字節(jié)為設(shè)備號(hào)，是屬于每個(gè)功能模塊的*編號(hào)。第2字節(jié)是該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，其中，0x0F表示正常，0xFF表示故障，所有單體全部正常時(shí)上報(bào)正常狀態(tài)，任意單體故障則上報(bào)故障狀態(tài)。如果是故障狀態(tài)，則第3字節(jié)的8個(gè)位，分別代表了各個(gè)單體的狀態(tài)，0為故障，1為正常。
　　
　　專家系統(tǒng)根據(jù)自檢發(fā)回的信息，判斷故障是否為zui終故障，如不是則進(jìn)行原理檢測，zui后給出檢測結(jié)果。
　　
　　對于不同設(shè)備的自檢，有著不同的檢測層次，天線座則可以檢測到各單體，給出具體哪個(gè)單體故障，如果故障仍然不是很明確，需進(jìn)一步檢測，則可以轉(zhuǎn)到原理檢測，zui后檢測到不可分割或可以直接替換的單體。