基于系统工程的技术成熟度评价与应用

针对技术成熟度评价要素耦合、评价过程复杂等特点,将系统工程方法应用于技术成熟度评价。首先建立系统工程“V”模型与技术成熟度等级的映射关系,其次通过霍尔三维结构、物理-事理-人理方法论对技术成熟度评价要素进行多维度分解,并建立技术成熟度等级与技术风险的交互关系,围绕技术状态、集成状态、环境状态建立技术成熟度评价推理规则,并给出融合上述系统工程方法的技术成熟度评价综合集成研讨厅框架。以某型无人机装备技术成熟度评价实践证明上述方法的工程有效性,并可向其他装备推广应用。

一种导航卫星的系统效能建模与分析方法

针对导航卫星的轨道机动调控、星地联动运行、可靠性要求高等特点以及整体性能评估问题,提出一种综合考虑各类中断、随机型与耗损型故障、性能等多种因素的系统效能建模与分析方法。该方法采用马尔科夫链构建导航卫星可用性模型;考虑威布尔分布和正态分布构建导航卫星可靠性模型;采用应力—强度算法将性能进行归一化处理;综合可用性、可靠性和性能归一化值开展系统效能建模与分析,使导航卫星系统效能研究由单因素(性能)拓展为多因素(可用性、可靠性和性能)。中轨道(MEO)导航卫星仿真算例表明,该建模与分析方法可为导航卫星设计优化决策提供量化依据,并可拓展应用于通信、气象、遥感等系列卫星,为其研制建设提供重要专业技术支持。

导航卫星地面站信息处理系统可靠性要求论证与建模分析

针对导航卫星地面站信息处理系统开展了可靠性要求论证与分配、可靠性建模与预计等一系列可靠性工程活动。结合卫星导航系统需求,确定系统可靠性要求并分配至相关模块;采用贝叶斯网络开展系统可靠性建模与预计,有效解决了系统共因失效与多态性问题;通过故障诊断,识别出系统的薄弱环节为镜像磁盘单元,并给出各单元重要度排序;针对薄弱环节提出改进方案,并给出方案对比分析结果与选择建议。

利用监测网中断分析导航系统完好性监测

针对系统级完好性监测过程中,监测网、监测站及监测设备运行状态相互耦合,监测网中断对系统级完好性监测可用性影响尚不清晰的问题,研究提出综合利用马尔科夫链和贝叶斯网的集成算法,开展系统级完好性监测的可用性建模与分析。该算法借助马尔科夫链确定监测设备可用性,采用中断分析确定监测网逻辑关系,利用贝叶斯网开展系统级完好性监测可用性建模与分析。仿真分析结果验证了本方法的正确性和可行性,并指出在区域布设的系统中,监测站可用性高低在重要度确定过程中占主导作用。

MIMU/GPS/磁传感器组合导航系统信号处理

针对MIMU/GPS/磁传感器组合导航系统,进行了GPS信号调理、MEMS陀螺仪降噪以及磁传感器误差补偿研究。用双线性趋势外推法与MIMU陀螺仪信息对GPS信号进行处理,用AR(3)误差模型对MEMS陀螺仪去噪建模,用旋转标定方法对磁传感器进行误差补偿。通过对自行研制的MIMU/GPS/磁传感器组合导航系统与高精度组合导航系统的室外跑车比对试验,验证了上述信号处理及误差补偿方法的有效性。

MEMS-IMU/GPS组合导航系统的实现

针对我国军事和民用对低成本、微小型、高性能导航系统的迫切需求,提出基于MEMS技术的IMU/GPS组合导航系统方案,深入研究了构建该组合导航系统的关键技术。由于MEMS陀螺的零偏受到温度影响,提出采用递推最小二乘自适应标定算法(ARLS)进行误差标定和补偿,从而提高MEMS陀螺的使用精度;建立了MEMS-IMU/GPS组合的卡尔曼滤波器,利用加速度计倾角传感器原理估计载体的水平姿态,增强了姿态信息的冗余度和可靠性;设计了该组合导航系统的信息融合策略。最后,构建了基于DSP的MEMS-IMU/GPS组合导航系统。机载飞行试验结果表明,该系统算法正确、性能可靠,达到了较高的导航精度,具有广阔的应用前景。

卫星导航系统星座可用性分析

星座可用性指标是在用户层面上反映星座工作状态的重要指标。随着卫星在轨运行时间的增加,卫星的可靠性会不断降低,星座可用性也会随之下降。在考虑卫星故障概率的条件下,本文提出综合运用贝叶斯网和马尔科夫链进行星座可用性分析的方法,剖析了导航星座中卫星故障与导航应用服务中断之间的相互关系,简化了星座可用性的建模过程。结合中断分析数据,量化评估了星座可用性,并利用灵敏度分析找出星座薄弱环节。该方法可为导航星座设计方案优化权衡提供量化依据。

基于DNN与IMPDE的武器系统效能优化

针对武器系统结构复杂,多变量多峰值的特点,难以稳定、准确地获得最佳参数组合,达到系统效能最大化的问题,建立以效能影响因素为输入、效能值为输出的深度神经网络模型,并提出一种改进多种群差分进化算法(IMPDE)。算法引入多种群协同进化策略和参数自适应调整策略,采用各具特点的差分进化算法对不同的子种群执行进化操作,增强了种群个体的多样性,保证了算法快速收敛的同时能有效地跳出局部极值点,提高了算法全局寻优的能力。仿真对比结果表明,上述算法具有更好的寻优精度和稳定性,可以高效准确地寻找到参数最佳组合。

基于模型的可靠性、安全性分析方法

随着系统日趋复杂,呈现出功能高度复杂、故障动态重构、各领域耦合关联等特点,传统可靠性、安全性分析方法的局限愈加明显。依托于基于模型的系统工程(MBSE)方法的迅速发展,可靠性、安全性工程师提出了基于模型的安全性分析方法(MBSA)和基于模型的可靠性分析方法(MBRA)。从故障模型与系统模型如何进行集成、如何提高安全性分析结果可读性、如何设计恰当的安全性分析流程等3方面综述了MBSA研究进展;从如何提高分析工具的自动化程度及适用范围、加强建模语言对可靠性分析的适配能力、构建不同模型间的映射转换规则等3方面综述了MBRA研究进展。从如何设计一套针对安全性、可靠性分析的集成分析流程和如何解决可靠性模型、安全性模型和系统模型之间的接口问题等2方面介绍了基于模型的可靠性、安全性集成分析方法,阐述目前该领域所存在的问题和未来的发展方向。

基于ADC模型的导航星座系统效能分析

针对导航星座星地联动运行、单星轨道机动调控、可靠性、维修性、保障性要求高、面向用户指标集中等特点,在分析导航星座系统效能概念的基础上,研究提出以星座可用性、连续性、覆盖性为构成要素,集成应用Petri网、中断分析、贝叶斯网构建星座系统效能模型的方法,利用重要度排序识别系统薄弱环节并给出优化方案比对分析。最后将模型应用于虚拟构建的区域导航系统。仿真算例表明,提出的建模与分析方法可为导航星座设计优化和星地保障运行方案决策提供量化依据。

基于概率风险评估的导弹武器系统可靠性建模与分析

针对某型导弹武器系统作战任务剖面复杂、参试产品多样等特点,提出一种利用概率风险评估技术开展可靠性建模与评估的方法。根据典型作战任务剖面构建事件树模型,结合任务剖面各阶段参与产品构建故障树模型;综合运用单机级基本事件的可靠性数据和系统级功能事件的补充试验或仿真数据,应用贝叶斯分析确定功能事件可靠性;利用重要度排序识别薄弱环节,为降低系统风险提供决策支撑。该方法还可以进一步推广应用于卫星、运载火箭等系统的可靠性评估。

北斗卫星导航系统效能综合建模与分析研究

针对卫星导航系统效能要素多样、作用关系复杂的特点,构建了基于质量特性视角的导航系统效能指标体系,研究提出一种综合考虑空间信号精度、卫星平均中断间隔时间、卫星在轨测试时间、运载火箭可靠性、星间逻辑关系等要素的导航系统效能集成分析方法.该方法采用广义随机Petri网构建导航单星可用性模型,考虑随机故障和耗损故障构建导航单星可靠性模型,采用应力-强度分析构建导航单星能力模型,综合星间逻辑关系并运用动态贝叶斯网络开展导航系统效能建模与分析.北斗卫星导航系统仿真算例验证了方法的有效性和可行性,并对其他卫星系统效能分析具有一定的参考价值.