基于加速退化试验和粒子滤波的电子设备故障预测方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinica吣Aug．252012V01．33No，81483—1490ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaedu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2012)08—1483—08基于加速退化试验和粒子滤波的电子设备故障预测方法徐宇亮，孙际哲。，陈西宏，王光明空军_12程大学导弹学院，陕西三原713800摘要：针对导弹电子设备故障预测问题，提出了一种基于综合环境加速退化试验(ADT)和粒子滤波的故障预测

2、新方法。首先，不同于传统的ADT方案，仅以单个样本为试验对象，采用步进加速的思想，将性能退化理论拓展为加速性能退化理论

3、77文献标识码：A对于高可靠、长寿命导弹电子设备的故障预测，其可靠性评估及加速试验方法已成为研究热点，国内外很多学者对此进行了广泛而深入的研究L1。3]。大部分电子设备的失效机理最终可追溯到产品潜在的性能退化过程上，从某种意义上可认为性能退化最终导致了设备故障的出现『4。6]。对于导弹这样的一次性使用装备，它的寿命包括工作寿命和贮存寿命，和平年代，大量数目的导弹用于贮存，其电子设备的健康状态主要受温度、湿度等外界环境应力的影响。因此，通过加速寿命试验，利用给定环境应力下的退化轨迹外推出产品的失效时间，使用这些数据可实现电子设备的可靠性评估与

4、寿命预测。在工程技术领域已经出现了许多涉及退化数据的问题，Lu与Meeker[73使用MonteCarlo仿真方法得到了基于退化数据可靠性预计的点估计和置信区间；文献[8]～文献ElO]讨论了常规应力和加速应力下的退化失效问题以及可靠性评估方法；文献[11]提出了基于步进加速退化试验的电子产品可靠性评估方法，使加速寿命试验具有更高的试验效率。但这些研究主要局限于可靠性评估，难以实现设备的寿命预测，并需要多个试验样本发生至完全故障状态，代价昂贵且周期较长。另外，电子设备寿命预测中存在许多不确定性因素，如故障物理模型的不精确、时间应力的监测和数

5、据处理的不准确性等，这些不确定性因素必然影响预测精度。文献[12]～文献[13]分析了电子设备寿命预测的不可靠因素，及相关不确定性因素对寿命预测结果的影响，然而并没有解决如何消除不确定性因素引起的寿命预测误差问题。在导弹电子设备故障预测中，由于武器装备收稿日期：2011—10-10；退修日期：2012—02—13；录用日期：2012—03—27；网络出版时间：2012一D5一0817：40网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V．201205081740002htmI基金项目：国家自然科学基金(6097

6、1118)*通讯作者．Tel：0910-32512589E-mail：suniizhe@163CornBl用格武：xuYL，SunJZ，ChenxH．eta1．Electronicequipmentfaultpredictionmethodbasedonaccelerateddegradationtestingandpar—ticlefilter．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2012，33(8)：1483-1490徐字亮，孙际哲，睬西宏，等基f加速退化试验和粒子滤波的电子设备鼓荤预瀚方法．航空学报

7、，2012，33(8)：1483—1490i航空学报试验样本数目有限，为克服传统加速寿命试验中需要多个试验样本、试验周期长等缺点，本文采用步进加速寿命试验的思路，对单个电子设备样本进行试验，仅需要试验样本发生至中间退化状态，不需要加速到完全故障状态，在传统的温湿度退化模型中，引入每个步进应力条件下的样本退化速度，提出新的综合环境应力下电子设备的寿命退化模型，并考虑到测试不可靠条件下监测数据处理时产生的误差，结合改进粒子滤波算法与在线最小二乘支持向量机(LeastSquaresSupportVectorMachine，LSSVM)回归法，对电

8、子装备退化度的变化趋势迸行预测，从而实现高可靠、长寿命导弹电子设备的寿命评估。以往的退化轨迹无关，因此，根据最小二乘法对每段应力下的检测数据进行多项式拟合(次数为歹)，可求得在每