专家系统在雷达故障检测中的应用

7 专家系统软件的设计
为了能更快速、准确地检测出雷达的故障，将CAN总线应用到某雷达，构建故障检测专家系统。CAN（Controller Area Network）是控制器局域网络，是目前发展较快的一种现场总线，主要用于各种过程或设备检测及控制。它是目前唯一具备国际标准的现场总线，具有容错能力强、传输距离远、带宽大等特点。

结合某雷达的结构特点构建一种上位运行专家系统，下位机负责采集现场数据和信号的在线故障检测专家系统，如图6所示。

图6故障检测专家系统的结构

根据某雷达的整体功能模块的不同，方案将各个功能模块划分为若干检测子系统，利用CAN总线技术构建一个网络结构，每个子系统作为网络上的一个CAN智能节点，每个节点检测该模块中待检测设备的运行状况，并将检测结果通过CAN总线发送给故障检测专家系统。故障检测专家系统运行在上位机上，对下位机发送检测命令，下位机检测预留在各子系统的测试点，把测试的各种数据，如电压、各种开关量等，经A/D转换，发送故障检测专家系统；同时，专家系统根据检测信息和各模块发送的自检信息，给出结论后存储并进行显示，检测员可通过查询主机快速、及时对状态和故障情况判断（见图7）。

图7 雷达系统总体结构

故障检测专家系统在上位机（军用计算机）上运行，操作系统采用Windows XP，采用VC++6.0编写故障检测专家系统和通信模块。下位机采用嵌入式计算机PC104，通过CAN总线负责对整个雷达进行现场数据采集，包括电源电压等的模拟信号，各种开关量信号等。经过A/D转换后，再通过RS-232串行接口将现场数据传送给上位机，下位机的通信程序采用C语言编写。各个模块的自检信息，专家系统可以直接通过CAN总线获取。

此系统采用CAN2.0B的数据帧，有29位标志符，占4字节的长度。定义见表1。

优先级是CAN数据包优先级，占3位，总共有8个优先级。PF为数据类型代码，占8位。PS/DA为数据类型扩展码或目标地址，占8位。当PF值小于240（0xF0）时，PS/DA位填写目标地址DA；当PF值不小于240时，PS/DA位填写数据类型扩展码PS。SA为发送节点的CAN总线地址，占8位。保留位固定填写0。帧ID中PF、PS、DA的值分别取自在CAN数据包中PF、PS、DA的值。

本网络结构采用双CAN总线，每个线路最多可连接110个智能节点，CAN总线传输速率设定为250kb/s，对应的位时间为4μs，网络上所有节点必须设置为相同值。节点数据链路层发送数据以CAN1总线为主，CAN2总线为辅。当CAN1总线拥堵的情况下，CAN2总线启动，如果发送控制器在5ms内仍未完成总线发送，则须取消未完成的发送，以免影响总线上其他智能节点的工作。接收数据通过CAN1总线、CAN2总线分别接收，并分别送给应用程序处理。

CAN总线智能节点的软件设计主要包括：CAN节点初始化、报文发送和报文接受。通过DLL提供API应用层接口编程。

实例应用
某雷达的天馈系统，由天线、天线座、馈线系统、倒伏机构等部件组成。专家系统发送自检命令给天馈系统，系统对自身的各个部件进行自检，自检结果通过CAN总线发回专家系统，其格式见表2。

数据格式为3字节，其中，第1字节为设备号，是属于每个功能模块的唯一编号。第2字节是该设备的运行状态，其中，0x0F表示正常，0xFF表示故障，所有单体全部正常时上报正常状态，任意单体故障则上报故障状态。如果是故障状态，则第3字节的8个位，分别代表了各个单体的状态，0为故障，1为正常。

专家系统根据自检发回的信息，判断故障是否为最终故障，如不是则进行原理检测，最后给出检测结果。

对于不同设备的自检，有着不同的检测层次，天线座则可以检测到各单体，给出具体哪个单体故障，如果故障仍然不是很明确，需进一步检测，则可以转到原理检测，最后检测到不可分割或可以直接替换的单体。