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SJ／Z 21335-2018 雷达可靠性设计指南.pdf

5.3.2.4环境适应性要求

对雷达开展环境适应性分析，通过分析，采取相应的环境防护措施，保证在多种环境因素综合作用 的情况下，雷达能安全可靠的工作。对雷达进行热分析，确定其工作温度、关键热点和不符合规定要求 的温度，以保证设备和元器件在工作状态下处于允许的工作温度极限内

5.3.2.5软件可靠性设计要求

根据可靠性设计流程GB/T 24328.8-2020 卫生纸及其制品 第8部分：光学性能的测定 亮度和颜色的测定 D6510°(室外日光条件)，确定雷达可靠性设计工作项目见表1。

2雷达可靠性设计流程

图4雷达系统基本可靠性框图

R雷达(t) =e (1 ATBF R雷达（t）dt

代表可靠度； 代表分系统失效率。

6.2.3.2相位扫描雷达任务可靠性模型

典型相位扫描雷达由于天线阵面由多通道T/R组件组成，在执行任务时允许一定比例的T/R通道失 效，处理模块一般采用并联允余方式，雷达任务可靠性模型见图5所示：

任务可靠性数学模型见公式（3）、公式（6）：

R 代表可靠度； 第个分系统自

3.3机械扫描雷达任务

图5典型有源相控阵雷达任务可靠性框图

R雷达 = R,R,R,R ........

R达 = RR,R,R

机械扫猫雷达服分系统由电源模块 主控显示模块、限位模块和电机驱动模块组成，采用并联方

比例组合法 改型雷达或升级状态雷达宜采用比例组合法进行可靠性分配，新研型号雷达宜采用评分分配法 靠性分配，见公式（10），评分分配法详见6.3.2.3。

6.3.2.2比例组合法

对于改型雷达或升级状态雷达宜采用比例组合法进行可靠性分配，新研型号雷达宜采用 进行可靠性分配，见公式（10），评分分配法详见6.3.2.3。

式中： 新型号雷达失效率：

式中： 新型号雷达失效率

分配给新型号雷达中第i个分系统的失效率； 元雷达老一 原雷达的失效率； 一原型号第个分系统的失效率，

6.3.2.3评分分配法

评分因素应考虑：复杂程度、技术水平、工作时间和环境条件等评分因素。 .3.2.3.2评分原则 各种因素的评分值范围为1分～10分，评分越高说明对产品的可靠性影响越大，失效率越高。 各项评分原则如下： a 复杂程度因素评分原则：根据雷达分系统组成组件的数量以及它们组装的难易程度来评定，组 成越复杂，评分值高； b 技术水平因素评分原则：根据雷达分系统目前的技术水平和成熟程度来评定，技术水平低、产 品不成熟，评分值高； C) 工作时间因素评分原则：根据雷达分系统的工作时间来评定。工作时间越长评分值越高； d 环境条件因素评分原则：根据雷达分系统所处的环境来评定； e 其他因素评分原则：维修难易度、重要度、可检测性等因素。

6. 3. 2. 3. 3评分法的分配

假设雷达的失效率为2s，分配给每个分系统的失效率为入，见公式（11）

式中： hi 第i个分系统的失效率； 一第个权值。 具体分配方法见图7。

表X雷达可靠性评分法分配表

图7雷达可靠性评分法分配表格式

雷达的基本可靠性和任务可靠性指标，评价所提出的设计方案是否能满足规定的可靠性指标要

预计雷达的基本可靠性和任务可靠性指标，评价所提出的设计方案是否能满足规定

6. 4. 2. 1可靠性预计与分配工作流程

成雷达的各个分系统的可靠性来预计，分系统的可靠性是通过各个单元、模块的可靠性来预计，是一个 自下而上，从局部到整体，由小到大的一种综合过程。具体过程见图8。

6.4.2.2相似产品法

可靠性预计与分配关系

雷达论证和方案阶段宜采取相似产品法进行可靠性预计。借鉴的可靠性数据应选取已完成可靠性试 验验证、可靠性外场评估或者已经通过设计定型审查的产品。 相似产品法的预计程序如下： a)确定相似雷达。 b）分析相似因素对雷达可靠性的影响。 c）新雷达可靠性预计。 根据b)中的分析，确定新型号雷达与原型号雷达的相似性比值，最终根据比值预计新型号雷达的可 靠度，见公式（12）

6.4.2.3应力分析法

表2环境类别及相关说明

将雷达系统可靠性定性要求转换为产品的可靠性设计准则，用于指导雷达可靠性设计。 可靠性设计准则包括通用准则和专用准则。通用准则适用于雷达及各个分系统/单元，专用准则适 用于特定雷达分系统/单元。

a）应对雷达功能进行分析权衡， 合并相同或相似功能，消除不必要的功能； 使其设计简单，减少产品层次和组成单元的数量：

) 应开展优化方案，简化电路设计； d 应采用功能单元的最佳配置以达到简化设备量的目的； e) 宜减少产品组成部分的数量及其相互间的联接； f 应实现零、组、部件的标准化、系列化与通用化，控制非标零、组、部件的比率； g 综合利用软件功能和硬件功能，用软件功能代替硬件功能，使电路得以简化； 应进行功能分析、合理划分功能模块，模块之间力求减少连接和跨接。 5.2.2穴金设计技术

6.5. 2.2穴余设计技术

a）余度设计应以有关的权衡分析为依据，当采用其它技术(例如降额、简化电路和采用更可靠的 元器件等)不能解决问题时，或者改进产品设计所花费用比重复配置更多时，应采用余度设计； b 硬件的余度设计应在较层次（组件、部件）使用，功能余度设计应在较高层次（单元、分系统） 进行； 影响雷达任务成功的可靠性关键部件如果具有单点故障模式，应采用余度设计技术； d 通过余度设计减少单点失效项目； e) 采用非工作储备的余度设计应重视转换装置的设计； 余度设备的工作状态应是可以检测的； 应考虑共模/共因故障对余度设计的影响

6.5.2.3环境适应性设计技术

6. 5. 2. 3. 1热设讯

设计时应对发热元器件、电路进行热分析。通过热分析，对发热元器件、单元、电路、机柜等得出 热分布图，找出最高发热点。提出最佳热设计方案确定系统和单元的发热元器件的传热路径及各个传热 环境的热阻参数，并确定最佳的冷却方式和冷却设计方案。 热设计设计要求如下： a） 保证热流通道尽可能短，横截面要大； 6） 在电路设计时应选用低功耗元器件，减少电路的发热量，电子元器件的热特性参考GJB/Z27 规定要求； 在结构设计时，应合理选择冷却方法，冷却方法优选顺序为：自然冷却→强制风冷一→液体冷却 一→蒸发冷却。如采用液冷设计方案，液冷设计方案确定的流量、压力、液体清洁度等应保证出 口温度与进口温度之差小于5℃，对于舱内单元未进行液冷设计的单元，应进行分析，并确定 是否进行强迫风冷设计，如果采用强迫风冷设计，应合理设计风道，以保证风冷气流的畅通， 冷却气流应经过过滤处理，进行传热通道的最佳设计，减少热阻和摩擦引起的发热部件； d 合理布置元器件的位置，发热量大的、耐热能力高的元器件应放在接近出风口（强迫风冷设计 单元）或接近出冷板的地方（液冷设计单元）；而不发热或发热量小和热敏元器件应放在接近 出风口的地方，并远离热源； 靠近热源的热敏元器件或对温度有特殊要求的元器件，应采取热屏蔽措施； 集成电路印制板上应安装导热条或导热板，将元器件热量传导到边框散热；对发热量大的集成 电路，应使用导热衬垫或采用导热性能好的印制电路板，提高元器件与导热条的热传导率。

6.5.2.3.2隔振防冲设

a) 印制电路板缓冲减振设计应考虑两个方面，一是印制电路板的尺寸，二是印制电路板的安装固 定形式： b） 铝合金插盒螺孔在图纸上应标注安装钢丝螺套，螺钉应有防振措施； 设计时应考虑元器件引腿的弯曲半径，跨度应不超出元器件本身长度的两倍：

b）应独立向高功率发射、低功率阵面控制与接收供电； c）减少控制、供电单元的有源通道数量；

6.5.3.2穴余设计

a）应综合评估天线产品的可靠性与性能、全寿命使用成本，增加天线单元通道数，使天线的性 高于指标要求，从而天线在使用过程中，当在部分单元通道故障下，天线不丧失功能，性能车 微下降，满足指标要求； b）应增加阵面控制供电、接收供电的穴余设计，提高阵面控制与接收的任务可靠性。

6.5.3.3环境适应性设讯

a) 应综合评估产品的可靠性与性能、全寿命使用成本，地面固定雷达的天线阵面，应外加球形天 线罩、罩内空间实现恒温、加压、干燥； b 机动雷达应增加冷却机、干燥机等设备能力，在高频箱内部实现恒温、加压、干燥等； 在天线热设计时，应根据阵面的热源分布、热密度、阵面内部结构空间布局，进行热设计仿真 合理选择冷却方式，冷却方法优选顺序为：自然冷却→强制风冷→液体冷却→蒸发冷却； d）对于暴露在恶劣环境条件下的设备，应按相应环境标准进行针对性设计。

6.5.3.4电磁兼容性设计

6.5.4发射分系统可靠性设计准则

6. 5.4.1简化设计

a) 控制保护单元应统一控制、保护发射分系统，各功能单元将参数、状态应统一送至控制保护单 元集中控制，设计时应减少控制信号种类； 控保单元、高压电源、磁场电源等应采用成熟的大规模集成电路及专门处理芯片： 调制器和高压电源应采用模块化设计，相同的组件板应实现互换，减少模块间的连接和跨接。

6. 5. 4. 2穴余设讯

a 调制器应由多只IGBT（绝缘栅双极型晶体管）并联、串联而成，提高调制器的耐压值和电流 值，并设计保护电路和回路电路； b）冷却分系统可采用水冷加油冷的工作模式，冷却机组采用和发射机对应的热备份模式。

2）变压器、可调电容、可变电阻、裸露的线圈（功分器）、拨码开关等采用硅橡胶等固定： 3）光缆的弯曲半径（一般情况下保证弯曲半径≥25倍光缆直径），严禁将光缆按普通电缆的 使用方法进行铺设、弯曲和捆扎等。光缆捆扎固定时，应受力均匀，力度适中。 c）三防设计： 1）三防设计不应影响元器件的快速散热； 2）天线阵面的数字化接收/发射通道模块，机壳结构设计时应使用导电密封圈。

6.5.5.3元器件、零部

元器件、零部件和原材料

a）选择稳定性好、耐温范围宽、功耗低的元器件和导热性能好的印制板板材： 6 模块设计应采用成熟的高集成度的多功能集成电路或专业处理芯片； CMOS电路采取防闫锁设计措施，在电路板和控制板的电接口的输入、输出端加隔离保护措施 提高可靠性； d）接口电路应选用带有光电或电磁隔离的元器件，降低外部异常对电路核心部分的损害和影响

6.5.5.4容差设计

a） 对时钟和本振等关键信号，应合理选择电路的工作点，使其具有较大的动态范围，在其功率、 相位等参数在一定的范围内漂移时电路仍正常工作、正常输出； b）针对接收通道输入端的信号，通道设计时，应满足耐功率要求，确保模块不损坏。

6.5.6信号处理分系统可靠性设计准则

6.5.6.1环境适应性设计

设计准则如下： a 应依据高功耗器件参数和运行环境参数进行模块系统热设计仿真，分散高功耗器件在印制板面 布局； 模块应采用强制风冷或液冷冷却形式，模块元件面安装大面积冷板，冷板设计合适的凸台，并 通过导热垫或导热脂接触高功耗器件表面，保证模块设计的坚固性和散热效率； 所有可更换部件应增加锁紧机构，使其和机箱构成一个整体，提高抗振能力； d 插件板可增加加强筋或盖板，防印制板翘曲，提高印制板谐振频率； e) 板间连接线应采用印制化技术； 采用加强结构设计，且插入安装架时整个单元锁紧： g) 在信号处理分系统内，光缆的弯曲半径（一般情况下保证半径≥25倍光缆直径），严禁将光缆 按电缆的使用方法进行铺设、弯曲和捆扎等。

6.5.6.2元器件选用

a）选用满足环境要求等级的元器件，确保系统的环境适应性； b）选用可靠性高、温度特性好的电阻、电容及磁珠等元件； c印制板、面板连接器采用高可靠的插座。

6.5.6.3电路优化设计

a) 信号处理分系统在印制板设计时，应对高速信号进行严格的规则约束，并对信号完整性和电源 完整性进行设计仿真； b） 通过仿真优化PCB（印制电路板）设计，解决高速信号完整性、电源完整性、电磁兼容性、电 磁干扰等问题，保证设备的可靠性； c）应考虑信号处理芯片上电时序规范，并提出供电电源上电时序要求。

6.5.7伺服分系统可靠性设计准则

简化设计要求： a 控制节点较多（2个以上）的伺服系统设计，应采用基于现场总线的分布式模块化控制方式 简化各个功能模块之间的连线关系，功能模块和现场采集点的连接就近采用短电缆； b）分立元件实现的电路功能可以通过集成电路实现的，应选用集成电路。

6.5.7.2穴余设计

的用设计 开联节点的 动元件应能实现在线检测和切换

6.5.7.3环境适应性设讯

6.5.7.4元器件选用

6.5.7.5结构可靠性设计

6.5.7.6容差设计

电机功率核算后，选择电机时预留一定的裕量。电机驱动模块的耐压宜2倍额定电压，连续电流和 峰值电流预留一定裕量。

6.5.8显示与控制分系统可靠性设计准则

6.5.8.1简化设计

a）应选用超大规模、高性能可编程器件，减少设备规模，降低系统的复杂度。缩小体积，减少 耗，减少印制板焊盘数和印制板数量； ）采用模块化设计，安装和拆卸简单，便于维修：采用国际标准总线技术，模块接口统一

c）采用稳定可靠的通用处理模块，提高可维修性和可靠性,减少备份数量，降低系统成本； d）在系统设计时应选用相同型号的设备，保证了各类设备的互换性。

6.5.8.2环境适应性设计

a 应使用加装风扇或壳体传导散热方式进行冷却设计： b) 显控台机柜中应安装有风机，机柜上下形成风道，使得整个机柜具有良好的散热效果。 5.8.3元器件、零部件和原材料选用 选用要求如下： 应优先选择具有可靠性指标的标准电子、电气、机电和光电元器件； b) 优先选择高集成度的微电子器件； C 优先选择功能强、体积小、重量轻的元器件； 对于各类设备的接口设计都应采用防错性设计； e) 提出型号的元器件限用要求及选用准则，制定元器件优选清单，落实超优选审批制度； 应减少元器件规格品种，增加元器件的复用率，使元器件品种规格与数量比减少到最小程度 多 选用继电器和开关时，应考虑截断峰值电流、通过最小电流和最大可接受的接触阻抗； h 应选择密封型的触点开关，避免三防漆等涂覆材料影响开关触点。

6.6.1故障模式、影响及危害性分析（FMECA）

6. 6. 1. 1且的

6. 6. 1. 2 方法

a）FMECA应在设计早期阶段开展进行，随着雷达设计的更改应适时地进行FMECA。应在规定的 产品层次上进行FMEA或（FMECA），并考虑在规定产品层次上所有可能的故障模式，并确 定其影响； 6 FMEA或FMECA应全面考虑寿命剖面和任务剖面内的故障模式，分析对安全性、战备完好性、 任务成功性以及对维修和保障资源要求的影响： FMEA或FMECA工作应与设计和制造工作协调进行，使设计和工艺能反映FMEA（FMECA） 工作的结果和建议。分析结果也可为设计的综合权衡、保障性分析、安全性、维修性、测试性 等有关工作提供信息： 根据GJB1391要求，编码体系应符合产品功能、结构层次、约定层次的上、下级关系，唯一 简明、适用并具有一定的可追溯性的要求，制定雷达FMECA使用编码体系。

6. 6. 1. 3 输出

DB61T 361.2-2004 优质草莓故障模式、影响及危害性分析报告

故障模式、影响及危害性分析报告

6.6.2确定可靠性关键产品

6. 6. 2. 1目的

确定和控制其故障对安全性、战备完好性、任务成功性和保障要求有重大影响的产品，以及复东 高、新技术含量高或费用昂贵的产品。

FZ/T 95007-2012 均匀轧车确定可靠性关键产品的方法如下：

确定可靠性关键产品的方法如下