系统工程与电子技术 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (10): 3329-3337.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2023.10.38

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基于半监督深度学习的雷达收发组件故障诊断

陈毓坤1, 于晖2, 陆宁云1,*   

  1. 1. 南京航空航天大学自动化学院, 江苏 南京 211106
    2. 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
  • 收稿日期:2022-09-21 出版日期:2023-09-25 发布日期:2023-10-11
  • 通讯作者: 陆宁云
  • 作者简介:陈毓坤(1998—), 女, 硕士研究生, 主要研究方向为故障诊断与健康管理
    于晖(1983—), 男, 高级工程师, 博士, 主要研究方向为雷达健康管理、雷达软件系统设计
    陆宁云(1978—), 女, 教授, 博士, 主要研究方向为数据驱动的故障诊断、故障预测、健康管理
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(62020106003);国家自然科学基金(61873122);机械结构力学及控制国家重点实验室(南京航空航天大学)自主研究课题(MCMS-I-0121G03);中国航空发动机集团有限公司产学研合作项目(HFZL2020CXY011)

Fault diagnosis of radar T/R module based on semi-supervised deep learning

Yukun CHEN1, Hui YU2, Ningyun LU1,*   

  1. 1. School of Automation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China
    2. No.38 Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Hefei 230088, China
  • Received:2022-09-21 Online:2023-09-25 Published:2023-10-11
  • Contact: Ningyun LU

摘要:

新一代相控阵雷达针对T/R组件部署了大量传感器, 为数据驱动的组件故障诊断提供了良好基础。然而, 实际监测数据大多没有表征其故障模式的标签。结合深度置信网络(deep belief network, DBN)在特征自学习方面的优势和自编码器(auto-encoder, AE)重构输入数据的能力, 提出一种基于DBN-AE半监督学习模型的故障特征提取及智能诊断方法, 并应用烟花算法优化模型结构。该方法利用原始无标签状态数据训练DBN-AE模型, 提取深层特征, 再通过有监督再训练建立深层特征与故障模式之间的关系模型。所提方法在某型相控阵雷达T/R模块上得到了实验验证, 有效提升了故障识别准确率和智能水准。

关键词: 相控阵雷达, T/R组件, 故障诊断, 深度置信网络, 深度自编码器, 烟花算法

Abstract:

A large number of sensors are deployed in the new generation phased array radar for T/R components, which provides prerequisites for their data-driven fault diagnosis. However, actual detection data lack labels representing specific fault mode. Combining the advantages of deep belief network (DBN) in feature self-learning and the ability of auto-encoder (AE) to reconstruct input data, a fault feature extraction and intelligent diagnosis method based on DBN-AE semi-supervised learning model is proposed, and its structure is optimized by the firework algorithm (FWA). The original unlabeled data is directly used to train the DBN-AE model to extract deep feature, then the relation model between deep features and fault modes is built through supervised retraining. The proposed method is verified to enhance the fault diagnosis accuracy and intelligence of the T/R module on a certain phased array radar.

Key words: phased array radar, T/R module, fault diagnosis, deep belief network (DBN), deep auto-encoder (AE), firework algorithm (FWA)

中图分类号: