Scatter factor confidence interval estimate of least square maximum entropy quantile function for small samples

Classic maximum entropy quantile function method (CMEQFM) based on the probabil-ity weighted moments (PWMs) can accurately estimate the quantile function of random variable on small samples, but inaccurately on the very small samples. To overcome this weakness, least square maximum entropy quantile function method (LSMEQFM) and that with constraint condition (LSMEQFMCC) are proposed. To improve the confidence level of quantile function estimation, scatter factor method is combined with maximum entropy method to estimate the confidence inter-val of quantile function. From the comparisons of these methods about two common probability distributions and one engineering application, it is showed that CMEQFM can estimate the quan-tile function accurately on the small samples but inaccurately on the very small samples (10 sam-ples); LSMEQFM and LSMEQFMCC can be successfully applied to the very small samples;with consideration of the constraint condition on quantile function, LSMEQFMCC is more stable and computationally accurate than LSMEQFM; scatter factor confidence interval estimation method based on LSMEQFM or LSMEQFMCC has good estimation accuracy on the confidence interval of quantile function, and that based on LSMEQFMCC is the most stable and accurate method on the very small samples (10 samples).     

小样本下分位数函数的Bootstrap置信区间估计

航空产品试验一般为小样本试验,为了分析小样本情况下的试验数据,结合以概率加权矩为约束条件的最大熵法和求解置信区间及置信带的Bootstrap方法,提出了一种估计小样本试验件母体分位数函数置信区间的方法。最大熵法在矩约束下能够估计样本的密度函数,而以概率加权矩为约束条件的最大熵法能够针对小样本直接给出分位数的无偏估计,无需由密度函数积分得到累积分布函数,再进行转化得到分位数函数。Bootstrap方法求解置信区间具有不依赖于数据分布的优点,具有广泛的应用范围。     

基于动态集成算法的航空发动机气路参数预测

针对单一学习机对航空发动机气路参数预测困难的问题,提出了基于动态加权核密度估计（DWKDE)组合方法的集成预测算法,该组合方法选择测试样本的近邻样本,通过评估学习机在近邻样本的局部性能动态确定各学习机的权值,并基于该权值利用加权核密度估计实现数据序列的集成预测。该组合方法不易受离群值和样本不对称分布的影响,将该组合方法用于AdaBoost.RT和AdaBoost.R2算法,获得了改进后的集成学习算法。实验证明:相比于神经网络和原始集成学习算法,改进后的集成学习算法较好地提高了航空发动机气路参数序列的预测精度,方均根误差（RMSE)指标至少可降低27%。      

考虑数值离散误差的湍流模型选择引入的不确定度量化

在流体力学数值模拟过程中存在着多种来源的不确定因素,科学、定量地描述这些因素对模拟结果的影响对模型确认、工业产品设计优化和性能评估等过程十分重要。数值离散、模型选择和模型预测偏差是模拟过程中3种重要的不确定性来源,为将这3种不确定性因素对模拟目标量的影响统一考虑,发展了考虑数值离散误差的贝叶斯模型平均方法。首先,通过对数值离散解和网格尺度进行拟合完成数值离散误差估计,得到每个备选模型真实解的置信区间。然后,通过嵌套方法和条件优化算法,结合贝叶斯模型平均方法构建目标量的概率盒,定义目标变量累积分布函数的上、下限,以此分析其置信区间。最后,针对NACA0012低速绕流和CHN-T1跨声速绕流问题,给出了同时考虑上述3种不确定性因素之后升、阻力系数的置信区间分析示例。     

基于高斯权值-混合建议分布粒子滤波的疲劳裂纹扩展预测

飞行器结构的疲劳裂纹扩展预测对保障结构安全、实现视情维护具有重要意义。结合粒子滤波算法和结构健康监测方法进行在线的疲劳裂纹扩展预测是近年来刚刚开始研究的新方法,该方法通过状态空间模型表征疲劳裂纹扩展过程中的不确定性,同时通过贝叶斯方法将结构健康监测所获取的结构实际裂纹观测值用于修正裂纹扩展模型的预测误差,实现更准确的疲劳裂纹扩展在线预测。由于该方法的研究刚刚开展,已有研究中粒子滤波算法的重要性密度函数往往简单选取为先验转移概率密度,存在严重的粒子退化问题。另一方面出于简单考虑,仅采用表征裂纹稳定扩展区的Paris模型。针对上述问题,本文提出一种基于高斯权值-混合建议分布粒子滤波的疲劳裂纹在线预测方法,基于表征裂纹全扩展区域的NASGRO裂纹扩展模型建立疲劳裂纹扩展状态方程,以主动Lamb波监测方法实现结构裂纹的在线监测,借助在线结构健康监测的优势,在粒子滤波时选取重要性密度函数为观测概率密度和先验转移概率密度的混合分布,同时基于先验估计获取高斯权值进行权值更新。本文进一步进行了仿真研究,结果表明所提出的方法优化了疲劳裂纹扩展预测的准确性。     

综合时序信息的试验优化设计及稀疏求解

考虑不同试验点的试验成本及试验时序信息,在性能指标与影响因素间的响应模型未知情况下,利用装备系统的先验信息构造模型驱动的基函数,构造相应的回归模型来刻画系统的内在关系,分析不同试验点成本及试验时序对试验方案的影响。定义了一种考虑空间权重及批序贯时序的非均匀最优设计模型,将稀疏理论引入到回归试验设计中,把不同批次试验下的回归试验设计模型参数估计问题转换为结构化稀疏重构问题,讨论了非均匀最优设计的构造定理,提出结构化稀疏参数求解算法。算例表明:利用本方法生成的试验点考虑了试验点空间权重和试验时序信息,更符合实际试验规程;采用本方法获得的响应函数得到的期望预测误差更小。     

Gray bootstrap method for estimating frequency-varying random vibration signals with small samples

During environment testing, the estimation of random vibration signals （RVS） is an important technique for the airborne platform safety and reliability. However, the available meth- ods including extreme value envelope method （EVEM）, statistical tolerances method （STM） and improved statistical tolerance method （ISTM） require large samples and typical probability distri- bution. Moreover, the frequency-varying characteristic of RVS is usually not taken into account. Gray bootstrap method （GBM） is proposed to solve the problem of estimating frequency-varying RVS with small samples. Firstly, the estimated indexes are obtained including the estimated inter- val, the estimated uncertainty, the estimated value, the estimated error and estimated reliability. In addition, GBM is applied to estimating the single flight testing of certain aircraft. At last, in order to evaluate the estimated performance, GBM is compared with bootstrap method （BM） and gray method （GM） in testing analysis. The result shows that GBM has superiority for estimating dynamic signals with small samples and estimated reliability is proved to be 100% at the given confidence level.     

模型确认热传导挑战问题求解的贝叶斯方法

为了进一步推动模型确认方法的发展并明确其具体实施步骤,以圣地亚国家实验室提出的模型确认热传导挑战问题为例,建立了模型确认的贝叶斯框架,并阐述模型确认的思想以及实现的一般过程.模型确认不仅是一个评定仿真模型准确度的过程,而且是一个通过确认结果提高模型预测精度的过程.首先介绍了贝叶斯及不确定性量化的基本理论,强调了模型修正...     

风力发电机输出功率条件子集区间估计方法

根据风力发电机的风速和输出功率历史数据,对风机输出功率均值与风速的关系进行最小二乘参数辨识,以此为基础求出风机输出功率偏差与风速的关系。采用Python概率分析确定风机输出功率偏差各子集的概率分布类型,估计其特征参数,以求出其概率密度函数,进而对风机输出功率偏差进行概率置信区间预测。基于风机输出功率均值与风速的关系和风机输出功率偏差子集的置信区间估计模型,实现了根据风速预报值对风机输出功率的置信区间进行预测。用实际风机的历史纪录对所提方法进行了测试和验证。结果表明:基于风速将风机输出功率偏差划分成多个子集,可提高风机输出功率概率置信区间预测的精准度。     

An improved quaternion Gauss–Newton algorithm for attitude determination using magnetometer and accelerometer

For the vector attitude determination, the traditional optimal algorithms which are based on quaternion estimator(QUEST) measurement noise model are complicated for just two observations. In our application, the magnetometer and accelerometer are not two comparable kinds of sensors and both are not small field-of-view sensors as well. So in this paper a new unit measurement model is derived. According to the Wahba problem, the optimal weights for each measurement are obtained by the error variance researches. Then an improved quaternion Gauss–Newton method is presented and adopted to acquire attitude. Eventually, simulation results and experimental validation employed to test the proposed method demonstrate the usefulness of the improved algorithm.     

安全关键软件可靠性验证测试方法研究

为了在不降低安全关键软件可靠性验证测试结果可信性的前提下减少测试用例量,在分析经典统计假设测试和无先验贝叶斯统计方法的基础上,提出了一种先验知识动态整合的贝叶斯推断统计测试方法;并提供了软件失效概率的概率密度函数先验分布参数的详细求解办法。实验表明,所提供的安全关键软件可靠性验证测试方法可以用较少的测试用例获得同样的结果可信性。     

基于雷达航迹的航空器质量估算

为保障基于轨迹运行的顺利实施,必须提高四维航迹预测的精度,而四维航迹的精准预测依赖于航空器质量准确估算。鉴于此,构建并分析了航空器能量模型;基于雷达航迹与航空器基础资料( BADA),提出了新型的航空器质量估算方法与步骤;利用最小二乘算法求解了航空器质量的估计值;分别基于预测航迹、雷达轨迹与QAR数据,采用相对误差作为评价指标,实施验证与分析。验证结果表明,提出的方法可将航空器质量估算误差控制在5%以内,从而能够有效地提高航迹预测精度。     

电子整机加速贮存试验的Dirichlet分析方法

针对电子整机系统结构复杂,失效机理众多,无法利用传统的加速模型外推对其寿命和可靠性特征进行分析的问题,提出一种基于顺序Dirichlet分布的分析模型,利用多应力、多水平的环境应力,对每一阶段上的失效率建立指数分布模型。通过先验信息和基于反应论的修正加速模型,给出各应力水平上的失效率先验信息,利用多变量顺序Dirichlet分布描述先验失效率概率密度函数,并根据先验信息对Dirichlet分布参数进行辨识设计和对参数物理意义进行阐述。根据恒加定数试验特点,提出似然函数的解析步骤,利用Gibbs拒绝抽样方法对Dirichlet后验分布进行推断分析,得到后验信息。最后分析一个实例,给出抽样过程和几个分位点上的失效率估计值,并比较正常状态下先验和后验的可靠度变化趋势,验证算法具有一定的效率,为电子整机寿命预测与评估提供一种新方法。     

多目标跟踪的核粒子概率假设密度滤波算法

提出一种新的多目标跟踪算法：核粒子概率假设密度滤波算法(KP-PHDF)。算法的创新点在概率假设密度滤波算法(PHDF)的目标状态提取步骤,以粒子概率假设密度滤波算法为框架,并运用结合了mean-shift算法的核密度估计(KDE)理论进行概率假设密度(PHD)分布的二次估计、提取PHD峰值位置作为目标状态估计值。分析与多目标跟踪(MTT)仿真的结果表明,与现有序列蒙特卡罗概率假设密度滤波算法（SMC-PHDF）相比,在相同仿真条件下新算法的估计精度提高30.5%。     

Downwash modelling for three-lifting-surface aircraft configuration design

This paper introduces a semi-empirical model to predict the downwash gradient at the horizontal tail of a three-lifting-surface aircraft. The superposition principle applied to well established formulations valid for two lifting surfaces is not a reasonable approach to calculate the downwash of a canard-wing-tail layout, and this paper demonstrates that such a basic technique leads to incorrect results. Therefore, an ad hoc prediction model is proposed that considers the combined nonlinear effec...     

基于主元核相似度免疫机制的故障诊断方法及应用

1引言目前,国内外已发展了多种应用于航空发动机的智能故障诊断方法,如专家系统方法、神经网络方法,以及新近提出的基于支持向量机的诊断方法。但这些方法需要有足够的已知故障模式的训练样本才能发挥出优异的性能,而且算法实时性较差,难以满足快速在线诊断的要求[1]。传统的基     

用自助加权范数法评估三参数威布尔分布可靠性最优置信区间

提出自助加权范数法,以评估三参数威布尔分布可靠性的最优置信区间.基于可靠性经验值与理论值的差异,通过6个最小加权范数准则,构建出威布尔分布的最优参数信息向量.对最优参数信息向量进行自助再抽样,获得生成参数信息向量,用于模拟参数的概率密度函数.在给定置信水平下,求解出参数的估计真值及其置信区间,并据此建立可靠性的估计真值函数及其最优置信区间函数.滚动轴承性能寿命案例、直升机部件失效案例与某试件疲劳寿命案例的研究表明:使用自助加权范数法,估计真值函数与可靠性经验值相一致,最优置信区间函数能描述试验结果的真实状态.      

基于优化最小二乘支持向量机的小样本预测研究

统计学中的预测问题主要是通过对已知数据的分析,找到数据内在的相互依赖关系,从而获得对未知数据的预测能力。该文提出了最小二乘支持向量机参数优化方法———多层动态自适应优化算法,构建了基于最小二乘支持向量机的预测模型,并对Ti 26合金的性能预测进行了研究。结果表明:优化的最小二乘支持向量机具有优秀的小样本数据学习能力和预测能力。     

基于研制信息的测试性验证试验方案研究

针对现有测试性验证试验方案需要较大故障样本量的问题,提出了一种利用研制信息制定测试性验证试验方案的新方法。首先,在二项分布经典抽样模型的基础上,运用证据理论方法,研究了基于测试性试验数据、测试性预计结果和专家经验等研制信息的基本信任分配函数的构造方法,建立了基于融合不同种类研制信息的测试性验证试验方案,并确定了该方案的存在性,给出了方案的确定方法,最后开展了案例应用研究。由于充分考虑了研制信息,因此在确保有较好的验证效果的条件下,与传统的试验方案相比,该方法可以明显减少故障样本量,或在样本量保持不变的情况下有效降低双方风险。     

Markov随机跳变系统的传感器系统误差估计

 针对Markov随机跳变系统的系统误差估计问题,提出一种基于马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)和最大似然估计相结合的在线系统误差估计方法。利用最大似然估计给出系统误差等效后验概率分布函数,采用Metropolis-Hastings抽样方法从该概率分布函数中进行抽样;利用系统误差估计和状态估计互为因果的关系,采用期望极大化(EM)方法迭代估计出最优的系统误差;分别对时变和时不变系统误差场景进行仿真分析,结果表明,在考虑系统误差统计特性的同时,所提方法对解决目标运动模型难以建立情况下的系统误差估计问题具有可行性和有效性。