合成孔径雷达系统设计的可靠性技术研究_许一力.docx

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1、分类号 、卜 ru 密级 . UDC _ 编号 . 中国科学院研究生院 硕士学位论文 合成孔径雷达系统设计的可靠性技术研究 许一力 指导教师 _ 张 平 教 授 _ _ 中国科学院电子学研究所 _ 申请学位级别 硕士 学科专业名称 通信与信号系统 论文提交日期 2005年 5月 论文答辩日期 2005年 6月 培养单位 _ 中国科学院电子学研究所 _ 学位授予单位 中国科学院研究生院 _ 答 辩 委 员 会 主 席 孑 研究成果声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得 的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发 表或

2、撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院电子学研究所或其它教育机构的学位或 证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均己在学位论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 特此申明。 签名 : 一心 日期 : 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中国科学院电子学研究所有关保留、使用学位论文的规定，其中包括： 电子所有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件 ， 电子所可以采用影印、 缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 电子所可允许学位论文被查阅或借阅； 电子 所可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文； 电子所可以公布学位论文的全部或部 分内容 （ 保密学位论

3、文在解密后遵守此规定）。 导 师签名：日期：如 摘要 可靠性工程起源于对电子设备元器件的损坏率太高且时间不确定而导致设 备随时间不确定这种现象的研究。它作为一门新兴的工程学科，已成为衡量产品 质量的重要指标之一。在航天产品中，这种可靠性工程尤其显得重要。 可靠性工程包括可靠性设计、可靠性分析等内容。论文结合我国正在研制的 星载合成孔径雷达 （ SAR， Synthetic Aperture Radar),首先阐述了 SAR工作的 基本原理和可靠度的重要性，在介绍可靠性预计和故障树分析操作流程的基础 上，对雷达的两个分系统 - 监控计算机和定时器进行了模块划分和可靠性建 模，重点是对两个分机实行

4、了可靠性预计和故障树分析。可靠性预计是雷达可靠 性设计从定性考虑转入定量分析的关键，也是实施可靠性工程的基础。本文的可 靠性预计采用对电子器件比较适合的元器件计数法和元器件应力分析法，并对两 种方法的预计结果进行了比较，特别是通过应力分析法的应力结果对元器件的可 靠性措施提出自己的意见，并改善了电路的设计。 故障树分析是产品（系统 ） 可靠性和安全性分析的工具之一。在故障树分 析法中，在建造故障树实行定量分析的基础上，判 明潜在系统故障或灾难性危险 因素，发现可靠性和安全性薄弱环节，得出模块的重要度，并对重要度髙的模块 给予改进措施，从而提高了整机的可靠度。 在可靠性预计和故障树分析之后，论文

5、在可靠性设计的各个方面，也提出了 自己的想法，避免薄弱环节，为保证雷达系统三年可靠地运行做出了一点贡献。 关键词： 合成孔径雷达，可靠性，可靠性预计，故障树分析，可靠性设计 Abstract Reliability engineering originates in the research of equipments uncertainty with the time because of the damage rate of the electronic equipment. As a new emergencing engineering course, it has become th

6、e important index to measure the quality of products. It is particularly important in the aeronautical products. Reliability engineering includes the reliability prediction、 fault tree analysis and so on. With the spacebome synthetic aperture radar being development in china, this thesis explains th

7、e basic principle of the working of the SAR and the importance of the reliability. On the basis of the introduction of the reliability prediction and fault tree analysis, we divided the monitor and control computer and timer ? then constitute the reliability model for them. I concentrate my research

8、 work towards the reliability prediction and fault tree analysis of the two systems of the Radar. Raliability is the key of the transferation of the qualitative analysis to the quantitative analysis and is also the basis of the implementation of the reliability engineering. I apply the component-enu

9、merative prediction and stress analysis which are suitable for the electronic equipments and compare the two prediction results. In the stress analysis, the shortcomings of the design are found and improved. Fault tree analysis is one of the instruments to analyse the reliability and security of the

10、 aeronautical products.On the basis of the quantitative analysis after the construction of the fault tree, the fault tree analysis can know the system and dangerous factors and find the shortcomings of the reliability and security. It can also calculate the importance of the part and give the measur

11、ements to increase the reliability.So the reliability can be improved. After the reliability prediction and fault tree analysis, I also give my own opinion of the reliability designation to avoid the shortcomings of the system so is to contribute to the reliable 3-year run of the Radar. Keywords: sy

12、nthetic aperture radar, reliability, reliability prediction, Fault tree analysis, reliability design 目录 第一章：绪言 1. 1星载 SAR发展及现状 . 1 1. 2研究内容的起源和现状 . 7 1. 3可靠性设计的主要内容 . 10 1_ 3.1建立可靠性模型 . 12 1.3. 2可靠性指标分配 . 14 1. 4论文的主要内容和贡献 . 15 第二章：可靠性预计和故障树分析 2. 1可靠性预计的目的和作用 . 19 2.1.1可靠性预计的目的 . 20 2. 1. 2可靠性预计的作用

13、. 20 2. 2可靠性预计的方法和发展方向 . 21 2. 3故障树分析的原理和特点 . 25 2.3.1 FTA的作用和特点 . 27 2.3.2 FTA的分析准备 . 28 2. 4故障树分析的步骤和应注意的问题 . 29 2. 4.1选择顶事件 . 30 2. 4. 2建造故障树 . 31 2. 4. 3定性分析 . 31 2. 4. 3.1 上行法 . 32 2. 4. 3.2 下行法 . 32 2. 4. 3. 3定性分析结果的应用 . 33 2. 4. 4定量分析 . 34 2. 4. 4.1顶事件发生的概率的计算 . 34 2. 4.4.2底事件重要度的计算 . 36 2. 4

14、.4. 3故障树分析要注意的问题 . 38 第三章：监控计算机的可靠性预计和故障树分析 3. 1监控计算机介绍和可靠度分配 . 39 3. 1.1监控计算机的功能 . 40 3. 1.2分机可靠性指标及其分配 . 41 3. 2监控计算机的元器件计数法预计 . 42 3. 3监控计算机的元器件应力分析法预计 . 47 3. 4监控计算机的故障树分析 . 56 第四章 .定时器的可靠性预计和故障树分析 4. 1定时器的功能和组成 . 60 4. 2定时器的可靠性预计 . 62 4. 3定时器的可靠性设计 . 68 4. 4定时器的故障树分析 . 71 第五章：结束语 . 75 硕士期间发表的论文

15、 . 76 参考文献 . 77 _ . 78 麵 . 84 第一章绪言 第一章绪言 1.1星载 SAR发展及现状 合成孔径雷达 （ Synthetic Aperture Radar简称 SAR)是一种新型成像雷达系 统，通过一定的信号处理方法，可以得到雷达照射区域直观的空间可视图像，具 有常规雷达无法比拟的距离向和方位向两维高分辨率特性，以及成像范围广阔、 全天候和穿透力强的优点，是现代雷达技术的重要发展方向之一。 SAR经过 40 多年的发展，已经成了一种通用的侦察、监视和目标瞄准标准。目前，许多新的 SAR应用途径仍在研究之中，包括从卫星到无人侦察机，从长期战略侦察到穿 透战区内的各类伪装

16、等。 由于其工作波长使得它们能够穿透云和尘埃，在能见度极差的气象条件下得 到类似光学照相的高分辨率图像。自五十年代以来， SAR作为高分辨率微波成 像雷达逐渐发展起来。 SAR图像是地域目标的微波散射特性，采用多波段、多 极化微波可以得到地面不同的信息，甚至能穿透一定的障碍物进行地下探测，因 此 SAR相对于一般的光学图像，不仅不受天气影响，而且在图像的信息量上也 具有相当的优势，在国防、地质、自然资源勘探与监测、地型测绘、海洋观测、 灾害估计等领域中得到了广泛的应用。 】 978年美国发射了 SEASAT卫星，首次成功地实施合成孔径雷达对地观测， 引起全世界关注。许多国家展开了星载 SAR系

17、统的研究，在航空、遥感领域的 会议和杂志上出现大量关于星载 SAR系统设计、算法优化和可靠性的论文。此 后，美国于1981年和 1984年相继发射了 “ 航天飞机成像雷达 ” SIR-A和 SIR-B， 1994年发射了 SIR-C/X-SAR。 前苏联、欧空局、日本、加拿大等国也先后发射 了自己的 SAR卫星。伴随着星载 SAR技术的发展， SAR在军事侦察、资源调查、 环境监测中发挥了重大的作用。如在 1991年的海湾战争中，美国联合监视和目 标攻击雷达系统 （ Joint-Stars)中的高分辨率机载 SAR与 “ 长曲棍球 ” （ Lacrosse) 星载 SAR系统相配合，完全覆盖了

18、海湾和地中海地区，有效地保障了战前的准 备和战争爆发后战场情报侦察的需要。 从 50年代后期开始， SAR雷达就配装在诸如 RB-47H和 RB-57D等的众多 战略侦察机上。特别是近期，它还成功地装载在形式非常复杂的平台上投入应用， 1 第一章绪言 例如 E-8JSTARS(联合监视和目标攻击雷达系统 )。现在，新的研究致力于将 SAR 作为新一代无人机 (UAV)的主要负载。在处理能力上的进展将意味着人们可以从 它们所产生的图像中获得更加详尽的信息。 同时由于合成孔径雷达卫星在灾害监测、环境监测、海洋观测、资源勘察、 农作物调查估产、森林调查、测绘和军事等方面具有独特的应用效果，在某些情

19、况下，能起到其它对地观测卫星起不到的作用。各用户迫切的希望进一步发展和 提高 SAR卫星的技术水平，以拓宽其应用领域。为此，近十年来，各国投入了 大量资金，使 SAR卫星技术得到迅速发展。总的来说， SAR的发展主要体现在 如下的几个方面。 1) 分辨率 图像的分辨率一直是用户关心的首要问题。据统计， 0.3米图像分辨率对坦 克、战车等目标可以 识别 80%, 1米图像分辨率只能识别 30%。识别巡洋舰、驱 逐舰等舰船的类型只需要 1米的分辨率。 1米的分辨率还可以识别飞机的类别。 理论上，条带式星载 SAR的图像分辨率值取决于天线的长度（方位向）和 信号频带的宽度 （ 距离向），与卫星高度无

20、关。实际上分辨率却要受到发射功率 的限制和卫星运动即姿态随机偏差的影响。为了获得高分辨率的图像，一般采用 聚束式工作模式，可以获得 0.3米 -1米分辨率的块状雷达图像。为了连续获得小 于 1米的高分辨率雷达图像，多波束工作模式的实现条带式高分辨率雷达图像的 一条值得研究的技术途 径。 目前，据美国公开的资料称，其星载 SAR的条带式雷达图像的分辨率可达 1米，聚束式雷达图像的分辨率可达 0.3米；其机载 SAR的条带式雷达图像的分 辨率可达0.3米，聚束式雷达图像的分辨率可达 0.1米。 国际上商业用途的合成孔径雷达的发展也是十分迅速的，例如加拿大 1995 年发射的 Radarsat-1分

21、辨率可达 9x8米，而计划于 2004年发射的 Radarsat-2分 辨率可达 3x3米；欧洲 Em， isat-1分辨率也可以达到 30x30米。 但需要指出的是当图像分辨率达到相当高后，再提高分辨率对识别目标的作 用将不再明显，这时，极化方式、工作波段和照射方向也将发挥重要作用。 2) 多极化 所谓极化是指发射和接收电磁波时电场强度的取向。主要采用 HH、 HV、 2 第一章绪言 VH、 W等四种极化方式 （ HH表示发射和接收都采用水平极化，其他类推 )。 极化不同，目标对电磁波的响应也不同，从目标的散射波中可以得到幅度、相位 以外的附加信息。星载 SAR的应用研究表明，利用不同的极化

22、，可以提高目标 的发现和识别概率。有些目标的交叉极化回波具有显著特点，可以作为这类目标 的识别特征之一。多极化星载 SAR能同时或准同时测量地表的散射矩阵，部分 SAR雷达还能够测量入射脉冲的相位以及返回的 HH和 VV信号的相位差度数。 因为复杂的目标，例如装甲车等是由大量具有可变极化特征的散射体组成的，这 为识别特殊的极化特征提供了可能，从而使它们的分类更加可靠。 星载 SAR实现多极化可以有以下几种工作方式： a) 交替发射与交替接收工作方式： 配置一套发射机和一套接收机以及响应的极化开关。某一时间内可以得 至 IJHH、 HV、 VH、 VV四种极化中的一种极化的雷达图像。 b) 交替

23、发射与同时接收工作方式： 配置一套发射机和两套接收机及相应的极化幵关，可以同时获得 HH和 HV两种图像或者 VH和 VV两种图像。目前多极化星载 SAR 般多采用这 种工作方式，例如，美国航天飞机上的 SAR,加拿大的 RadarSat-2等。 c) 同时发射与同时接收工作方式 同时发射和接收水平、垂直两种极化波，同时获得 HH、 HV、 VH、 W 四种极化方式的雷达图像。 3) 多波段 星载 SAR图像主要反映了目标物的两类特性：一是目标物的几何结构特性， 即目标的表面粗糙度、几何结构等特性；二是目标物的介电特性 （ 与目标物的含 水量有较大的关系）。粗糙的表面可能会在所有方向上反射能量

24、，所以它们的图 像亮度比较适中。但是，表面的粗糙程度是相对雷达波长而言的。如果表面起伏 仅为 5cm,雷达波长为 15 30cm(L波段 )， 几乎就没有辐射会后向反射出去， 但 同样的表面起伏程度在 X波段 (2.4 3.8cm波长 )雷达上的图像则要明亮得多。德 国宇航研究中心 (DLR)将实验型 SAR(E-SAR)配装在 Do228上曾做过测试，雷达 的工作波段包括 P、 L、 C、 和 X波段，天线极化为水平或垂直可选，在不同频 率上获得的图像取样表明： L波段上可见的草丛中的跑道在更低频率图像上并不 3 第一章绪言 明显；而 X波段回波对表面粗糙程度更加灵敏，但对比度相对较低。实践

25、证明， 对于不同的目标应当采用不同的波段以达到最佳的观测效果，在某些条件下，甚 至需要多个波段、多种极化雷达图像的融合处理才能达到重要的应用效果。 除了传统的 L、 C、 X波段外， P波段和 Ku波段分别由于其穿透地面的能力 强和对地物、地貌成像清晰而越来越受到人们的重视。更准确地说，对抗伪装、 隐蔽和掩饰的能力 (CCC&D)也有赖于 SAR技术来实 现，例如检测到树叶和地下 暗藏的危险目标。获得这种能力的方法是使用例如 Global Hawk无人机上搭载的 树叶穿透 (FOPEN)SAR。 为 FOPEN建立信息库的研究是从使用装在 4个独立飞机平台上的雷达进行 试验而开始的，要求采用工

26、作在 VHF(30 300MHz)或 UHF(300 1000MHz)频率 上的超宽带(UWB)雷达来检测树叶下隐蔽的目标。微波雷达仅仅可对树叶顶部成 像，但是 UHF雷达，例如美国海军 P-3C上的超宽带 SAR可检测到树干和地下 的人工目标。 在 UHF和 VHF之间做出选择并不容易。 VHF波段较低的频率使信号在穿 过树叶和较大目标散射旁瓣时的衰减很小，而且树干的直径与 VHF波长 (1 10m) 相比也是很小的。另外，目标的尺寸在任意方向上仅有几个波长，所以几乎不可 能进行目标分类。 在 UHF波段，天线可以做得很小，这对于空载的传感器而言是有益的。而 且，有可能获得较高的分辨率，使用

27、全极化波形，从而使目标的分类更加可行。 研究的结果认为雷达应该结合使用这两个波段的优点。 对雷达图像的研究表明： CarabasVHF雷达 (20 83MHz, HH极化，分辨率 3X3m)可以很容易地检测到大型或中型目标，例如车辆等，且虚警率非常低 (每 平方千米仅 1个 )，但不能识别车辆的特征， UHF雷达 (200 400MHz， HH极化， 分辨率 IX m)的回波很强，虚警率大 (每平方千米有 100 200个 )。这些都可认 为是合理的，我们只要使用完全极化就能识别大树与车辆，使用更高分辨率的图 像就能改善虚警率。 相对实用成像系统来讲，使用 VHF或 UHF波段的一个新问题是大

28、量的千扰 源。其中包括工作在极大功率的电视台，军用雷达和移动通信设备。虽然有几项 技术可抑制射频干扰效应，但需要大大提高处理 能力。 4 第一章绪言 4) 多工作模式 多工作模式是 SAR卫星在全天候、全天时对地观测以外的另 一 个重要特点。 它的工作模式除正侧视单波束条带式（简称条带式 ） 夕卜，还有扫描 （ ScanSAR) 式、聚束式 （ Spotlight)、 干涉式 （ INSAR)、 大视角、多波束和动目标显示 （ MTI) 等工作模式。 A) 扫描式和聚束式工作模式 颗 SAR卫星同时可具有三种工作模式： 条带式作为标准观测工作模式。 扫描式的瞬时观测带宽可大于 500千米，其图

29、像分辨率为 50米左右， 这种工作模式对观测海上目标有独到之处。 聚束式可获得重点地区的高分辨率图像。 B) 干涉式 最近 10多年来，干涉式合成孔径雷达 (IFSAR)已经成了一个新的研究热 点，代表了 SAR的又一发展方向。采用 IFSAR技术实现了对目标的三维测 量。获得干涉式 SAR数据的方式有两种：即在一架飞机上使用两副天线， 或者用一副天线进行重复轨迹飞行，这样就可以使用 SAR相位测量来推断 同一平面的两个或更多 SAR图像间的距离差和距离变化，从而产生非常精 确的地形表面剖面图。 美国国家图像和测绘局 (NIMA)计划使用 IFSAR来生成高分辨率高度数 据，覆盖地球表面大约

30、80%。航天飞机雷达地形任务 (SRTM)是将 IFSAR装 在航天飞机上进入太空，并产生大约 14300个网格单元，每个单元覆盖 1 XI。区域。2000年 2月美国和德国合作在奋进号航天飞机上装置了第一台 真正的干涉式星载 SAR， 开展 SRTM计划。 C) 大视角工作模式 星载 SAR的天线长度将影响雷达图像的分辨率。天线的宽度将影响观 测带宽度和雷达图像的模糊度。受天线宽度的影响，在大视角工作时，雷达 图像的模糊度可能比较大。通常星载 SAR的视角为 20 50 。它的可视观 测带宽度在 500千米左右。其天线长度是波长的 1530倍。若进一步增大视 角，就要相应的增加天线的宽度。例

31、如， ENVISAT-1的天线尺寸是 10米 xl.3 5 第一章绪言 米，视角为 15 45、 RadarSat-2的天线尺寸为 15米 xl.5米，视角为 10 60 。 D) 多波束工作模式 早先，在相控阵天线及天线赋形技术不成熟时，曾设想采用距离向的多 波束来扩大观测带宽度。目前，星载 SAR为了实现 1米左右的分辨率的条 带式，大力开展了方位向多波束工作模式的研究。 多波束工作模式一般采用宽波束发射，多波束、多通道接收的方案。这 样可以降低星载 SAR的脉冲重复率，获得足够宽的条带式观测带宽度。但 这种工作模式需要研究高性能的多波束天线和多通道接收机，成像处理的难 度也大。 E) 动

32、目标显示 （ MTI)工作模式 某些监视雷达能够将合成孔径与另外的模式如动目标指示 (MTI)组合起 来，从而实现雷达回波的相位变化进行相干测量。如果两个相邻脉冲之间的 相位正在变化，就表明目标在运动，目标的径向速度就可根据径向多普勒频 移导出。由于 MTI仅需要数十个脉冲来识别目标，而不是要求数千个脉冲来 形成SAR图像，它对处理容量的要求几乎不大。另外，分辨率通常也低于 SAR， 但覆盖区域远远超过了它，所以 MTI能够发现 SAR不能发现的目标。 美国宣称 DISCOVER-2项目中的小型 SAR卫星就具有动目标显示的能力， 可以检测到时速大于 20千米 /小时的运输车辆。 MTI通过比

33、较来自连续脉冲的回波来识别动目标在距离和方位上的变 化，同时还可以对动目标进行分类。逆合成孔径雷达 (ISAR)则使用目标转弯 时多普勒偏移的改变和从目标一侧到另一侧的偏移变化来推出高分辨率的 图像。ISAR模式是先进的海上监视雷达例如 Tomson CSF/Daimler Benz公司 的 Master400的一个特征，它采用一项特定技术来识别海面舰船。其过程包 括对来自舰船每部分的多普勒效应进行分析，因为这种效应直接依赖于散射 体在横滚、偏航或俯仰旋转时的距离，最终获得的图像类似于舰船的目视形 状，在与分类库的数据比较以后可以完成非协作目标分类。 ISAR模式同时 也是 APS-137B(

34、V)5SAR的一个特点，雷声 TI系统公司在过去两年间己经为 至少 18架美国海军的飞机和其它国家军队的 P-3C交付了这种先进的雷达。 6 第一章绪言 运动和静止目标的捕获与识别 (MSTAR)是下一代目标识别系统的主要 任务，其目的是使用计算机贮存的目标三维模型进行全部或部分的目标识 另 ij， 而 MSTAR系统己经成功地演示了在不利位置上正确识别 80%目标的潜 力，这是使用SAR图像的自动分析系统与极富操作经验的人员的分析相结 合的第一次。自 1998年开始美国已开始测试 MSTAR在更多目标和更具挑 战性环境下的性能，并致力于研究使用高性能计算机来提高识别的速度，目 的是提供近乎实

35、时的目标识别，这些使用在当前的系统是不可能实现的。 另外一项先进的技术演示将帮助信息分析人员和外场指挥员更优地使 用所有图像，包括 SAR图像。例如，半自动图像智能处理 (SAII)可以使用自 动检测，兵力配备分析和基于模型的目标识别技术将图像分析员的吞吐量提 高一个数量级。 5) 重复观测周期短 灾害监测、环境监测和军事等用户都提出了重复观测周期短的要求。目 前由于一颗 SAR卫星的可视观测带宽不够大，为了满足用户的要求，一般 要用 4颗 SAR卫星组网来实现每天对重点地区观测 1 2次。 1.2研究内容的 起源和现状 可靠性是一门新兴的工程学科，产品的可靠性已成为衡量产品质量的重要指 标之

36、一。近年来，世界各发达国家己把可靠性技术和全面质量管理紧密地结合起 来，有力地提高了产品可靠性水平。 可靠性工程起源于对电子设备元器件的损坏率太高且时间不确定而导致设 备随时间不确定这种现象的研究。早在二战时期，军用雷达的长期失修停机把可 靠性问题提到了议事日程上来。首先是美国在 1952年成立专门的机构 “ AGREE” 电子设备常设顾问团，把可靠性作为一门新的学科进研究。因此，早期的 研究仅仅是做可靠性研究的基础工作：建立 可靠性工程的数学基础和可靠性试验 的数据收集、分析与统计。前苏联于 1955年、曰本于 1958年，以及欧洲一些国 家于五十年代末六十年代初相继开始了可靠性研究工作。三

37、十多年来，经过大量 的统计试验、分析研究，逐步了解了元器件的失效机理，建立了失效模型，掌握 了失效原因和数据，制定出了整套的环境试验方法及各种加速试验方法，并成立 了各种数据交换网，颁布了一系列的可靠性技术、规范、方法和标准，从而使电 子设备的可靠性从定性要求发展到了定量描述和控制。 7 第一章绪言 我国电子设备的可靠性研究始于五十年代。随着六十年代军事科学的发展， 我国在元器件及整机的可靠性研究和试验方面取得了一定进展。七十年代，国家 有关部门对电子元器件的可靠性提出了更加严格的要求，同时对可靠性的研究、 试验和管理工作予以重视。到了八十年代，我国运载火箭和卫星的多次发射成功， 都证明了我国

38、不仅在元器件的生产、整机设备的研制，而且在大型系统工程的可 靠性理论、研究及技术实践方面都达到了很高水平。目前，国家及有关部门都相 继成立了可靠性及质量管理协会，创办了各种有关可靠性的刊物，出版了一些可 靠性方面的 书籍，多次召开了可靠性方面的工作经验及技术交流会，培养了一批 可靠性工作骨干队伍，建立了各种可靠性数据交换网及研究中心，制定各种可靠 性规范、标准和预计手册，从而不仅使我国的可靠性理论、可靠性工程、可靠性 管理等方面都取得了长足进展，而且使我国电子设备的可靠性工作进入了定量控 制阶段。 对于产品来说，可靠性问题和人身安全、经济效益密切相关。因此，研究产 品的可靠性问题十分重要，并且

39、非常迫切。例如，导弹武器系统是由导弹和地面 设备的若干个分系统组成，每个分系统又由数台整机组成，每台整机又由几百或 几千元器件组 成。如果一个元器件失效，一根导线断掉，一个接头点接触不良， 都可能造成事故，弓丨起严重后果。又如，飞机某一系统或某一元器件如果发生故 障，就有可能造成机毁人亡的恶性灾难。 1971年，苏联三名宇航员由于 “ 礼炮 ” 号飞船中 1个部件失灵而丧生。由此可见，提高产品可靠性具有重大的意义。 可靠性作为一门工程学科，它有自己的体系、方法和技术，主要包括相关联 的三个方面： 1、可靠性工程 可靠性工程是指为了保证产品在设计、生产及使用过程中达到预定的可靠性 指标，应该采取

40、的技术及组织管理措施。它是介于固有技术和管理科学之间 的一 门边缘学科，具有技术与管理的双重性。可靠性技术在产品全寿命周期的各个阶 段的应用目的和任务是： (1) 可靠性设计：通过设计奠定产品的可靠性基础，研究在设计阶段如何 预测和预防各种可能发生的故障和隐患，以及确保产品的维修性。 (2) 可靠性试验：通过试验测定和验证产品的可靠性，研究在有限的样本、 8 第一章绪言 时间和使用费用下，如何获得合理的评定结果，找出薄弱环节，提出改进措施， 以提高产品的可靠性。 (3) 制造分阶段的可靠性：通过制造实现产品的可靠性，研究制造偏差的 控制、缺陷的处理和早期故障的排除，保证设计目标的实现。 (4)

41、 使用阶段的可靠性 .通过使用维持产品的可靠性。研究产品运行中的 可靠性监视、诊断、预测、以及采用售后服务与维修策略，防止可靠性劣化。 产品全寿命周期中的可靠性管理的目的是：以较少的费用、时间实现产品计 划所要求的定量可靠性，其任务是对各个阶段的所有可靠性工程技术活动进行规 划、组织、协调、控制与监督。 2、 可靠性分析 通过可靠性试验，发现产品的薄弱环节，研究导致薄弱环节的内因和外因， 研究导致薄弱环节的机理，找出规律，提出改进措施，这些工作称为可靠性分析。 3、 可靠性数学 研究产品故障的统计规律，研究产品的可靠性设计、分析、预测、分配、评 估、验收和抽样等技术的数理，找出规律，提出改进措

42、施，这些工作称为可靠性 数学。 可靠性的概率度量称为可靠度。可靠度是时间的函数 R(J) = N 0 _ r ( 1 . 1) N0 其中 N是 t=0时，在规定条件下进行工作的产品数。 当 ;1(/)为恒定值（即； 1(为常数，与时间无关 )，而且产品寿命服从指数分布时 , 则产品的可靠度与故障率之间的关系为及 = 。 平均故障间隔时间 MTBF: 7 = (1.2) 其中的单位是小时。 当产品寿命服从指数分布时，平均故障间隔时间 (MTBF)和平均故障率 (A)之间互 为倒数，即 7=+。 （ 1.3) 如果系统是串联系统，其系统的可靠度： 9 第一章绪言 及 = 尺 (0,式中 n为组成

43、系统的单元数。 （ 1.4) /= 当各单元的寿命分布均为指数分布时 ，即 (/) = e_，则系统的可靠度 ： Rs =es， (1.5) 系统的失效率 /为 n个单兀失效率 .之和： 2S =1 (1.6) ； =1 系统的平均无故障时间 MTBF: = i = d (1.7) /=! 非工作贮备系统可大大提高系统的可靠度，但要求转换装置有高的可靠度。 当转换装置的可靠度为 1时，则系统的平均无故障时间 MTBFS等于各单元平 均无故障时间 MTBFi之和：即 Tsra = 17； Fi , (1.8) ； =1 式中 n为组成系统的单元数。 当各单元相同，且寿命服从指数分布时，则系统的平均无故障时间 TBFS = a.9) 可靠度 = 一 1 +