基于深度学习的复杂退化系统剩余寿命预测研究现状与挑战

0 引言 随着现代高精尖科技的不断发展进步,工业工程设备和军事武器装备的工艺水平、精密程度等日益提升的同时,设备的复杂性、非线性、不确定性等特征也显著增强[1-2].在系统运行过程中,由于受到材料磨损、负载、温度等内外部多种因素的综合作用,系统性能不可避免地呈现退化的趋势,退化达到一定程度将导致整个系统失效[3-5].     

PAM系统中抗噪性能的Monte Carlo仿真

通过对PAM系统抗噪声性能的Monte Carlo仿真，探讨了Monte Carlo方法在通信系统仿真中的作用。并且将此仿真在MATLAB平台上实现，得出差错概率与理论差错概率的仿真图基本吻合，证明了该方法的有效性。     

适于深亚微米器件模拟的Monte Carlo方法

讨论了用于深亚微米半导体器件模拟的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ 方法（ＭＣＭ）,探讨了确定自由飞行时间的自散射方法,并简要阐述了玻耳兹曼模型（ＢＴＭ）、漂移扩散模型（ＤＤＭ）和流体动力学模型（ＨＤＭ）之间的关系。     

GaN肖特基SIT的Monte Carlo模拟

用全带多粒子Monte Carlo模拟方法研究了GaN基肖特基势垒静电感应晶体管(SIT)的特性,给出了器件的电势、电场强度和电子浓度分布的Monte Carlo模拟结果。模拟得到的SIT输出特性曲线呈现非饱和特性,即类三极管特性。当VGS=0,VDS=35 V时,漏源电流为47 A/cm,跨导为300 mS/mm,电流截至频率为150 GHz。结果表明该器件具有大电流、高跨导和高频工作的潜力。     

基于样本空间排序法的剩余寿命评估

主要讨论了不同定时截尾数据剩余寿命评估的问题。利用样本空间排序法对指数分布和威布尔分布下不同定时截尾数据的可靠性参数进行估计,并进一步将参数估计值代入建立的剩余寿命评估模型,求取产品的剩余寿命。结果证明样本空间排序法在样本量较少的情况下,精度满足要求。     

半导体THz辐射的Monte Carlo模拟

本文介绍了作者开发的基于面向对象语言C++和统一建模语言UML的半导体输运及THz辐射的蒙特卡罗模拟软件,并用该软件模拟了在强超短脉冲激光(光生载流子密度10¹⁹cm^-3)及强电场 (100kV/cm) 作用下GaAs的THz时域波形和相应的半导体表面局域场.通过分析THz时域波形,我们发现强外加电场下的载流子速度过冲、载流子屏蔽(或器件反应过冲)是形成THz时域波形双极结构的原因.功率谱的分析表明增加外加电场有益于提高THz的低频成份的辐射,但对高频部分(＞6THz)影响不大.     

在Monte Carlo器件模拟中确定自由飞行时间的自散射方法

在半导体器件 Monte Carlo模拟中 ,自散射的引入是为了简化确定自由飞行时间的计算。文中证明了自散射的引入不改变真实散射的时间分布 ,从而使各种自散射方法有了统一的理论依据。     

基于Monte Carlo方法的3G网络仿真

以3G网络仿真为主线,介绍了动态仿真和静态仿真两种仿真方法,并主要对蒙特卡罗仿真方法做出深入探讨,以期此方法的使用能提高3G网络仿真的质量。围绕该方法的内容有蒙特卡罗仿真方法的数学基础、蒙特卡罗方法的一般工作流程、一次快照的四个关键步骤以及仿真的收敛标准。     

基于非线性维纳过程的电解电容剩余寿命预测

电解电容作为地铁列车牵引逆变系统中最重要的元器件之一,其性能好坏直接影响列车运行。针对电解电容剩余寿命预测问题,以电解电容的容值作为其性能退化指标,构建三种非线性维纳过程模型描述总体电容的退化进程。鉴于模型参数求解复杂,提出两步极大似然估计法结合遗传算法求解退化模型参数。基于目标电容的退化数据,利用贝叶斯公式实时更新模型参数,同时推导目标电容剩余寿命的概率密度函数并预测剩余寿命。最后通过NASA电解电容实测数据,验证了三种非线性模型的优劣,其中幂函数模型、幂函数与线性函数结合模型的总均方误差分别比指数函数模型高了111.0651和92.4321。此研究可为制定地铁列车电解电容维修策略提供参考。     

海洋上行激光通信的蒙特卡罗模拟

将潜艇作为高斯分布激光源,通过蒙特卡罗方法数值模拟,研究了海洋上行激光通信中潜艇深度和风速对接收光子数目,空间分布及相对能量径向分布的影响。模拟结果显示,在相同风速条件下,随着潜艇深度的增加,接收光子数急剧下降,并且只在潜艇深度较浅时,接收平面上的光子分布才接近高斯分布。潜艇深度一定时,风速对接收光子数目以及接收光子的空间分布影响不大。风速一定时,对于相同的相对能量,潜艇深度越低,对应的区域半径越小,而相同潜艇深度时,风速对接收平面处光子相对能量径向分布的影响并无明显规律。     

蒙特卡罗估计改进Hausdorff距离的景象匹配方法

针对可见光与红外图像差异较大导致的匹配困难的实际问题,提出了一种基于蒙特卡罗估计改进Hausdorff距离（MCM-HD）的景象匹配方法。该方法在MCHD的基础上,使用蒙特卡罗方法来估计改进的Hausdorff距离（M-HD）,并定义了MCM-HD,即采用随机抽样的特征点子集来计算M-HD,从而有效地减少了计算量。为了提高匹配精度,采用分层MCM-HD与Nprod相结合的方法,在求出距离最小k个点之后采用Nprod相似性度量得出最终匹配位置。与MCHD算法相比,该算法有效提高了匹配精度,同时缩短了匹配时间。     

基于蒙特卡洛方法的红外光源辐照特性模拟

以红外灯阵列作为辐射热源进行温度环境试验,为通过优化灯阵提高受热平面温度分布均匀程度,需要对红外灯在受热平面上的辐射照度分布进行建模。利用蒙特卡洛方法对发光体上光线出射位置和出射方向进行了随机抽样,确定了出射光线方程。对光线追迹获得了光线在受热平面上的落点坐标。对大量出射光线进行了随机抽样和追迹,建立了受热平面上的光线落点坐标数据库。在受热平面上划分网格并统计各网格内光线落点数量,计算得出受热平面辐射照度分布情况。和实测辐射照度数据相比,本模型可在一定范围有效模拟红外灯辐射照度分布。     

基于蒙特卡罗法的虚拟仪器测量不确定度应用

本文把蒙特卡罗法应用于虚拟仪器测量不确定度评定中,对今后虚拟仪器精度领域的研究是一个借鉴。对虚拟仪器的测量不确定度进行评定和验证是个极其重要的问题,采用蒙特卡罗法重要思想就是,确定一个统计量,其数学期望正好等于所要求的值,样本方差等于理论方差的估计值。     

基于蒙特卡罗的气泡后向散射信号的视场分析

为了研究气泡后向散射信号强度与气泡位置及接收发射视场之间的关系,采用蒙特卡罗方法对存在水槽边界条件下的水中气泡幕后向光散射回波信号进行了系统仿真,并结合实际的水槽实验,对不同气泡幕位置及接收发射轴夹角情况下的后向散射信号进行了理论分析和实验验证,取得了相应的气泡幕后向散射信号强度的实验与仿真数据.结果表明,对不同的接收发射轴夹角,存在一个回波峰值,且该峰值对应的接收发射轴线的夹角与气泡幕位置存在一一对应的关系,这一结果对实际海况下的舰船尾流气泡后向散射光探测试验是有帮助的.     

一种新的基于序列蒙特卡罗方法的符号检测器

在衰落信道下检测传输符号是序列蒙特卡罗方法在通信领域中的一个重要应用.由于在序列蒙特卡罗方法中重要函数的选择直接会影响系统性能,针对这一问题,提出了一种新的混合重要函数,较大幅度提高了衰落信道下传输符号的检测水平,仿真结果也证实了这种新检测器的有效性.     

Hydrodynamic hot-electron transport simulation based on the Monte Carlo method

A hydrodynamic hot electron model is used to study electron transport through a submicron N⁺ --- N --- N⁺ GaAs structure. This study is used to investigate improvements which the unique features of this model offer to analysis of devices operating under nonstationary transport conditions. The model is based upon semiclassical “hydrodynamic” conservation equations for the average carrier density, momentum and energy. The general model includes particle relaxation times, momentum relaxation times, energy relaxation times, electron temperature tensors and heat flow vectors as a function of average carrier energy for the Γ, X and L valleys of GaAs. For this study, we utilized a simplified single electron gas version of our model to clearly reveal the impact of the nonstationary terms in the model. Results from both a drift-diffusion model approach and a Monte Carlo analysis are used to show the relative accuracy and facility this new model offers for investigating practical submicron device structures operating under realistic conditions.     

逆正向蒙特卡罗方法及应用

在打破传统蒙特卡罗方法在光线跟踪计算时各个子过程连贯性的基础上,发展了灵活的逆正向蒙特卡罗法,进而利用该方法研究了介质的矢量辐射传输问题。通过建立一维梯度折射率半透明介质模型,模拟了大气层折射率分布,得到了考虑偏振时介质自身的Stokes矢量。研究结果表明,梯度折射率介质不同表面的发射率存在一定的区别,散射性介质在考虑偏振时表面发射率的结果与标量方法存在一定的差异。逆正向蒙特卡罗方法可用以解决矢量辐射传输这类复杂问题。     

基于Bayes理论的装载可靠度定时截尾试验方案

研究小子样条件下鱼雷装载可靠度Bayes检验方案的制定方法。采用优化方法确定试验方案,克服了传统方法主观性较强的缺点,提高了试验方案的准确性和客观性。应用实例表明,该方法能缩短试验时间,较大地降低了试验成本。     

舰船尾流气泡多重散射偏振特性研究

舰船尾流气泡的多次散射效应对光尾流探测领域的研究具有重要意义.针对水中气泡多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于矢量Monte Carlo方法,采用欧拉矢量法对光子在水中气泡后向散射偏振态进行跟踪,对比分析了线偏振、圆偏振激光入射情况下,不同散射次数回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了欧拉矢量法用于光尾流探测仿真领域的可行性.