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机电系统BIT特征层降虚警技术研究

王新峰  
【摘要】: 机内测试(Built-in Test,BIT)技术在提高武器装备和机电系统的测试性、简化维修过程和降低保障费用等方面发挥了重要作用,但虚警率高的问题一直阻碍着BIT效能的充分发挥和更广泛、更深入的应用。如何降低虚警是BIT技术研究中亟待解决的关键问题。从目前降低BIT虚警研究来看,大都通过提高诊断决策方法的分类能力来降低虚警,本文研究通过提高机电系统BIT特征层的特征信息质量来降低虚警。因为机电系统BIT的特征层所提供特征的信息质量将直接影响BIT系统的诊断决策效果,若特征层得到的特征信息质量较低,则必然导致诊断决策结果的错误,从而导致BIT虚警。 目前在特征层降虚警研究方面主要存在两方面的问题:一是缺乏从机理上研究特征层特征信息质量对BIT诊断性能的影响;二是特征层降虚警技术研究尤其是和机电系统BIT特点相适应的技术研究相对较少。 本文在“十五”部委级课题“机电产品BIT设计技术研究”的支持下,针对机电系统BIT虚警率高和特征层降虚警方面存在的问题,系统分析了机电系统BIT特征层导致虚警的机理,对特征层降低虚警的技术进行了深入研究。 本文的主要研究内容与结论如下: 1.深入研究了机电系统BIT特征层导致虚警的原因和机理对特征层的特征信息质量包含的内容进行了分析,得到特征与故障不匹配、特征冗余和特征与决策器不匹配三种信息质量较差是特征层导致机电系统BIT虚警率高的主要原因。对影响特征信息质量的各种因素进行了深入分析,并从理论上分析了特征信息质量较差导致虚警的机理,由此得到特征层降虚警应满足的三个条件,从而为特征层降虚警技术研究提供了理论依据。 2.深入研究了机电系统BIT特征层降低虚警的技术与方法 (1)对机电系统BIT非线性冗余特征导致的虚警问题,研究基于核主元分析(KPCA)的特征提取方法,并对方法进行了改进完善。由于核函数对KPCA特征提取性能有着重要影响,研究了基于矩阵相似度的核函数参数优化方法,通过核函数参数优化提高KPCA提取特征的分类能力,降低虚警;由于KPCA是一种无监督的特征提取方法,不能利用状态信号中的类别信息,研究了核最优K-L变换,它能够利用类别差异信息,提取的特征更易于分类,达到降低虚警的目的;由于核最优K-L变换计算较为繁琐,研究了有监督核主元分析算法(SKPCA),它能把类别信息融入到KPCA中,性能接近于核最优K-L变换,但计算比核最优K-L变换简便,适合实时性要求较高的场合。研究结果表明:KPCA及其改进方法能提取非线性主元特征,去除冗余特征,能有效提高机电系统BIT的诊断性能和降低BIT虚警。


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