考虑不确定性的雷达接收机系统PHM预诊断方法研究

The uncertainty problem of electronic system has caused widespread concern of scholars in recent years. It is not only the main factor which restrains the effectiveness performances of the technology of Prognostics and Health Management (PHM) in electronic systems, but also the key issues that limit the practicality of the technology. The existing methods are mostly based on the uncertainties of data sources, but for the particularity of the electronic systems, the uncertainty problem can not be solved fundamentally and easily by using these methods. More importantly, with the development of high-power radar like deep space exploration, the problem of uncertainty has become more prominent in the extreme environment. This condition must be considered carefully in the achievement of PHM technology..The project will focus on the problem of uncertainty in PHM prognostics of electronic systems, using the radar receiver electronic equipment as an example. Firstly, we will describe the characteristics of uncertainty through the dependence relations level of signal flow analysis model. Then, we will improve the robustness of PHM Prognostics technologies through the following ways: the measurement and identification of instant singularities signal, the parameters of the multi-feature amplification and integration of forecasting, correlation analysis of the dynamic life prediction methods and assessment of uncertainty. The theoretical issues solved in this project, which have important theoretical significance and application value to the PHM prognostics of electronic systems, will promote the development of the practicality of life prediction in electronic equipment.

不确定性一直是制约电子系统故障预测与健康管理（PHM）技术发挥效能的主要因素，也是阻碍该项技术工程实用化的关键和热点问题，备受世界各国学者的关注。现有方法多是从数据源不确定性的角度出发进行研究，而电子系统的特殊性使得这种方式还难以从根本上解决不确定性问题。特别是随着我国深空探测等大功率雷达的研制，空间极端环境导致的不确定性问题更为突出，成为PHM技术实现中必须慎重考虑的问题。课题将针对电子系统PHM预诊断过程中存在的不确定性问题，以雷达接收机这一典型电子设备为背景，从信号流分析模型的依赖关系层面描述不确定特性，通过瞬态奇异信号的度量与识别、参量的多特征放大及融合预测、关联分析的动态寿命预测方法及不确定性评估的研究，提高PHM预诊断技术的鲁棒性。本项目解决的关键理论问题，对于电子系统PHM预测技术具有重要的理论意义和应用价值，将进一步推动我国电子装备的寿命预测技术向实用化方向发展。

本课题针对故障预测与健康管理（PHM）技术在复杂电子系统应用过程中的不确定性问题，以典型接收机等复杂电子系统为对象，从测试模型的不确定性描述、奇异信号的度量与识别、射频参量的多特征融合预测与健康管理、不确定性寿命预测几方面开展深入研究，解决了不确定性故障诊断及寿命预测的核心问题：1）首次提出测试不可靠下的测试性分析模型，以及该模型下的基于全单模特性的预诊断参数优选法。通过将不可靠测试导致的虚警和漏检代价融入启发函数中，降低测试过程中的误诊断，使得不可靠测试下的诊断建模成为可能；2）针对复杂射频电路模型参数耦合不确定性及信号噪声问题，提出了电路系统参数耦合代数解析法、考虑容差不确定性的参数矢量模型诊断法，以及基于高斯白噪声估计的电路性能退化估计法，充分考虑参数之间的耦合影响及射频参量的幅相信息，使得在具有不确定性的模糊集故障判定中具有很好的诊断效果；3）围绕预测参数中的奇异性问题，提出了VKOPP故障趋势预测法、量子引力状态趋势预测法，以及退化曲线相似度的电路健康度预测法，从微弱特征识别与融合、奇异性识别与评估等方面降低由奇异性问题导致的预测结果的不确定性；4）建立了基于反应论模型与性能退化的环境因子评估模型，通过融合历史样本和现场样本的多种外推预测法，提出了复数域内三点建圆和参数扫描相结合的电路系统寿命预测法、多残差回归寿命预测以及基于相似性-差值修正的动态寿命预测法，通过多维度数据关联解决了动态寿命预测不准的问题。. 项目组共发表学术论文30篇（SCI 13篇，EI 17篇）；撰写国防科技图书基金专著1部；申请相关专利15项（已授权3项）；共培养博士生5名，硕士生11名；相关研究成果已在我国新一代的××型相控阵雷达上得到了初步应用，其诊断精度和预测性能均得到大幅提升，进一步推动了我国雷达等电子装备故障诊断和预测技术的实用化发展，预期将取得较好的社会、经济和军事效益。