某星载接收机可靠性评估方法研究

马铖

（中国西南电子技术研究所，四川　成都　610036）

某星载接收机可靠性评估方法研究

马铖

（中国西南电子技术研究所，四川成都610036）

由于航天单机产品受到研制进度、经费和技术手段等多方面的限制，因此，一般无法利用可靠性验证试验来验证其可靠性指标，而只能采用评估的方式对其进行定量的评价。对某星载接收机的可靠性评估方法进行了研究，并采用CMSR结合Bayes方法对其可靠性进行了评估。结果表明，该方法对于航天单机产品的可靠性的评价具有一定的借鉴意义。

可靠性评估；星载接收机；贝叶斯算法

0　引言

由于航天单机产品受到研制进度、经费和技术手段等方面的限制，因此，往往难以通过可靠性鉴定试验等试验室试验来验证其可靠性指标，一般可通过综合单机各种相关信息对其进行可靠性评估的方式来推断其可靠性指标。某星载接收机已有数台随卫星平台在轨运行，为了定量地评价其寿命期内的可靠性水平，以便于后续项目的顺利开展，对此星载接收机进行了可靠性评估。

1　评估方法

该星载接收机由4个单元组成，每个单元由互为冷备份的2个模块组成。其可靠性框图 （示意图）如图1所示。

图1　某星载接收机可靠性框图 （示意图）

接收机在设计状态固化后进行了一系列的研制试验和验收试验，出厂后并已有数台在轨运行。若从整机层面进行可靠性评估，忽视模块之间的冷备关系，则无法充分地反映产品的可靠性信息。为了能够综合各类试验信息及实际的使用信息，更有效地对其可靠性水平进行定量的评价，本次评估采取“单元/模块信息”+“单机信息”的方式进行，并采用CMSR［1］结合Bayes［2］方法进行评估计算。

本产品中采用的切换开关工作失效率较低，可靠性高，且无历史失效情况发生。因此，忽略切换开关对产品可靠性的影响，则接收机可靠性评估模型为:

其中，各个模块采用指数分布模型［3］:

各个单元 （开关非完美切换）采用指数分布冷备模型［4］:

具体的评估步骤为:首先，进行试验信息折算，得到各个单元中单个模块的等效试验信息；然后，利用指数分布的串联、冷备等可靠性评估模型计算出单元和接收机的等效试验信息；最终，得到接收机的可靠性评估结果。

1.1等效试验信息的折算

试验信息可分为历史试验信息、在轨工作信息和验前信息，对其进行折算，就可以得到等效试验信息。

1.1.1历史试验信息和在轨试验信息的折算

采用预定的环境因子对历史试验信息 （鉴定、验收和老炼试验信息等）进行折算，就可以得到等效试验信息。折合公式如下:

式 （4）中:T试验信息——产品等效试验时间；

t历史试验k——应力k下的加速试验时间；

n历史试验k——应力k下的试验样本量；

K历史试验k——应力k下的环境因子；

t在轨m——第m个产品在轨飞行时间；

r试验信息——产品累积失效数；

r历史试验——历史试验中的累积失效数；

r在轨——在轨飞行中的累积失效数。

接收机各个单元内部为1∶1冷备设计，同一时间内仅有1个模块在工作，因此，接收机的工作时间和单一模块的工作时间相同，则本步骤可得到接收机及其内部单个模块的试验信息T试验信息和r试验信息。

1.1.2可靠性预计值验前信息折算

可靠性预计值建立在元器件失效率的基础上，而元器件失效率一般又建立在批量试验的基础上，因此，可靠性预计值可以作为产品的先验信息加以使用。

参考标准Q/W 8B-2007《航天器可靠性评估方法》［4］，将失效率预计值转换为验前信息，选定r试验信息=1，则验前信息等效试验时间为:

验前信息在作为整机评估数据时，应进行相容性检验。对验前信息 （t验前信息，r验前信息）与现场试验信息 （t试验信息，r试验信息）进行相容性分析，就可以根据双边区间估计计算公式进行统计显著性检验。

式 （6）中:α——显著性水平，取值为0.1。

若验前信息的比值r试验信息/t验前信息在公式 （6）计算的区间内，则接受相容性假设，可以用验前信息进行计算；若不在该区间内，则拒绝接受相容性假设，舍弃验前信息，仅仅应用现场试验信息进行计算。

若经上述计算，发现验前信息通过了相容性检验，则可按照公式 （7）综合现场试验信息 （T试验信息，r试验信息）和验前信息 （t验前信息，r验前信息），得到等效试验信息:

（T等效试验信息，r等效试验信息） 为等效信息， 作为接收机可靠性评估输入参数。在可靠性评估中，等效试验时间一般可以转换为等效任务数，转换公式如下:

即等效任务数为等效试验时间与接收机工作寿命的比值，接收机的工作寿命约为8 200 h。

各个模块的等效试验信息为 （ηi，ri）时，其可靠性点估计为:

1.2单元等效试验信息的折算

接收机各个模块均进行了1∶1的冷备份，各个模块与其冷备模块组成单元，各个单元的可靠性点估计和下限可由下式表示:

式 （11）中:α——置信度水平，取0.7，下同。

各个单元的等效指数型数据等效任务数和等效失效数为:

将通过式 （11）-（12）得出的单元可靠性点估计和下限代入公式 （12）-（13），即可反向推算各个单元的等效任务数和等效失效数（η（j，单元），r（j，单元））。

1.3接收机的可靠性评估

接收机作为典型的电子产品，其整机寿命分布为指数分布模型，又由于接收机由各个单元串联后构成，因此，可以利用指数分布的串联系统的可靠性点估计和方差的计算公式来计算接收机的可靠性点估计和方差，即:

分析上述公式可知，通过各个单元可靠性点估计、等效任务数和等效失效数，即可计算出接收机的等效任务数和等效失效数，即:

计算结果即为接收机的等效试验信息。

由此可以计算出接收机的可靠度下限为:

式 （17）中:λu——接收机失效率上限。

2　评估计算

2.1预计值信息的相容性检验

该星载接收机的历史试验时间及在轨飞行时间至开展评估时累积约为60 018 h，其技术状态固化后在历次实验中和在轨使用中均未出现硬件故障。接收机各个单元为2个相同模块的冷备组合，则接收机工作时各个单元仅有1个模块加电工作，单个模块的工作时间与接收机的工作时间相同，均为60 018 h。

则将试验信息 （t试验信息，r试验信息）=（60 018，0），显著性水平 α=0.1代入公式 （6），运用 GB/T 4086.2［5］查表可确定，进行相容性检验双边区间为:（3.275 8×10-8，3.200 2×10-5）。

对各个模块验前信息比值进行相容性检测，检测结果如表1所示。

2.2各个单元的等效试验信息折算

将表1中的模块等效实验信息带入式 （10）-（11），得出各个单元的可靠度点估计值和下限，再将其带入式 （12）-（13），可以反推得到各个单元的等效试验信息，如表2所示。

2.3接收机的可靠性评估计算

在得到各个单元的等效试验信息后，将其带入式 （14）-（15），得到接收机的可靠性点估计和方差为:

表1各个模块的相容性检验结果h

表2　各个单元的可靠性评估及等效实验信息

则按照式 （16），接收机的等效任务数和等效失效数为:估方法针对于组成复杂、成本昂贵、可靠性要求高而又无法通过专门的试验来进行可靠性指标验证的航天单机产品的可靠性指标的定量评估具有一定的借鉴意义。

则由此可以计算出接收机的可靠度下限为:

则此星载接收机在置信度为0.7的条件下工作至寿命末期其可靠度下限为0.996 2。

3　结束语

本文通过采用CMSR结合Bayes方法对某星载接收机的可靠性进行了评估。本次评估通过了用户组织的可靠性评审，得到了评审专家的认可。本评

［1］李斌.液体火箭发动机结构可靠性设计与分析 ［D］.长沙:国防科学技术大学，2006.

［2］李宁.航天器产品可靠性指标验证方法探究 ［J］.可靠性工程管理，2011，29（6）:19-22.

［3］陆廷孝，郑鹏洲.可靠性设计与分析 ［M］.北京:国防工业出版社，1996.

［4］航天器可靠性评估方法:Q/W 8B-2007［S］.

［5］全国统计方法应用标准技术委员会.统计分布数值表χ2分布:GB/T 4086.2-1983［S］.北京:中国标准出版社，1983.

Research on the Reliability Evaluation Method of a Satellite Receiver

MA Cheng
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

Due to the fact that aerospace standalone products are subject to the restrictions of development schedule，funds，technical means and other factors，so their reliability indexes can not be verified through reliability verification test and only can be quantitatively evaluated through evaluation method.The reliability evaluation method of a satellite receiver is studied，and the reliability of the satellite receiver is evaluated through CMSR combining Bayes algorithm. The results show that this method has a certain reference value for the quantitative evaluation of the reliability of aerospace standalone products.

reliability evaluation；satellite receiver；Bayes algorithm

V 442；TN 965+.5

A

1672-5468（2016）05-0020-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.05.005

2016-04-27

马铖 （1978-），男，新疆乌鲁木齐人，中国西南电子技术研究所工程师，主要从事电子产品可靠性、维修性、测试性、安全性和保障性研究工作。