一种用于COTS电子系统的辐射效应量化分析方法

本发明属于抗辐射电子系统设计开发领域，具体涉及一种用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法。

背景技术：

1、空间环境中电子元器件受辐射效应影响，发生性能退化甚至功能失效的现象，影响电子系统在辐射环境中的可靠应用，选用抗辐射认证元器件是现行电子系统抗辐射加固(rh,radiation hardening)的主流方法。

2、由于抗辐射元器件技术代相对滞后，无法满足电子系统日益增长的高性能需求。2019年nasa发布《guideline for the selection of cots electronic parts inradiation environments》，标志着在航天领域高性能、低成本、高可靠的应用需求下，使用先进商用元器件(cots,commercial off-the-shelf)是抗辐射电子系统设计开发的新趋势。

3、但是先进cots在空间辐射环境中应用验证的技术成熟度仍然很低，由于cots未经抗辐射加固设计及制造工艺的特殊优化，在辐射环境中普遍存在性能下降甚至功能失效的现象，而且cots退化程度因器件型号、制造商、半导体工艺等条件而异，同时不同电子系统的性能需求及对辐射效应引起的参数退化容忍程度也随之不同，因此电子系统需求多样性与cots退化差异性之间的优化匹配，是使用cots进行电子系统设计开发面临的新问题。

4、现行电子系统rh方法依赖于抗辐射元器件的选用，由于通过抗辐射认证的元器件其性能参数在抗辐射指标范围内不出现超差，在电子系统设计开发过程中无需进行优化匹配的特殊设计，只需保证抗辐射元器件的可靠性，即可保证预期寿命内电子系统不受辐射效应影响。而使用cots的电子系统受辐射效应影响，其失效行为具有不确定性，且航天电子系统无法保证数量充分的整机样本，难以通过整机测试的方式获取电子系统失效概率。因此现行电子系统rh方法无法解决使用cots设计开发抗辐射电子系统的新问题。

5、因此先进cots辐射环境高可靠应用的瓶颈在于，其系统工程概率风险评估(pra,probabilistic risk assessment)活动中，缺少有效应对这一新形势的风险知情决策(ridm,risk-informed decision making)方法及技术手段。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有电子系统辐射效应量化分析方法中，其系统工程概率风险评估活动中，缺少有效应对元器件失效行为不确定性的风险知情决策方法及技术手段的缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明提出了一种用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法，所述方法包括：

3、步骤1：将电子系统原理图转换为概率图表达形式；

4、步骤2：定义电子系统中元器件的失效状态；

5、步骤3：针对元器件开展辐照试验获取辐射效应数据；

6、步骤4：获得辐射效应数据的统计模型参数；

7、步骤5：基于模拟样本获得元器件失效概率；

8、步骤6：将元器件失效概率导入电子系统的概率图表达形式；

9、步骤7：基于概率图表达形式及相应算法求解电子系统边缘概率及最大后验概率状态。

10、作为上述方法的一种改进，所述步骤1具体包括：

11、使用概率图技术将电子系统原理图转换为图模型的表达形式，覆盖候选元器件及其失效依赖关系；

12、所述概率图模型的表达形式为贝叶斯网络、团树、因子图或区域图。

13、作为上述方法的一种改进，所述步骤2具体包括：

14、基于电子系统对元器件参数性能的依赖关系，以概率分布形式定义元器件失效状态及失效概率。

15、作为上述方法的一种改进，所述步骤3具体包括：

16、基于现行辐射效应测试标准，对候选元器件开展辐射效应测试表征并获取完整的辐射效应数据。

17、作为上述方法的一种改进，所述步骤4具体包括：

18、基于元器件辐射效应数据进行贝叶斯估计，基于元器件参数退化与累积剂量的关系选取失效统计模型，并获得描述元器件失效行为的统计模型参数：

19、

20、p(d)＝∫p(d|θ)p(θ)dθ

21、其中，p(θ|d)表示后验概率；p(d|θ)表示似然函数；p(θ)表示先验概率；p(d)表示归一化常数，θ表示统计模型参数。

22、作为上述方法的一种改进，所述步骤5具体包括：

23、对元器件失效统计模型进行吉布斯抽样，获得数量充分的符合其失效统计特征的模拟样本，根据元器件失效阈值对应的失效剂量获得失效概率。

24、作为上述方法的一种改进，所述步骤6具体包括：

25、根据父节点失效状态获得当前节点元器件失效概率并将其导入概率图，电子系统失效概率计算和失效状态分析转换为边缘概率和最大后验概率状态求解问题。

26、作为上述方法的一种改进，所述步骤7具体包括：

27、当概率图采用贝叶斯网络，通过贝叶斯网络对应的sum-product-ve算法进行边缘概率计算和最大后验概率状态求解。

28、作为上述方法的一种改进，所述步骤7具体包括：

29、当概率图采用团树、因子图或区域图时，采用对应的ctree-sp-upward、beliefpropagaion算法或bethe自由能近似算法进行边缘概率计算和最大后验概率状态求解。

30、与现有技术相比，本发明的优势在于：

31、用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法覆盖“辐射效应→cots性能退化→电子系统失效“完整过程；上述复杂过程通过模块化分解，转换为关系清晰、要求明确、相对简单的一系列活动，以保证其工程化的可行性及可追溯性；借助pgm(概率图模型)表达形式及算法，电子系统失效概率计算转换为联合概率分布的边缘概率求解，失效分析转换为最大后验概率状态(map,maximumaposteriori)求解，即将工程问题转换为数学问题；在不依赖大量整机样本的情况下，能够基于cots辐射效应数据和失效依赖关系计算电子系统失效概率；map结果为电子系统rh活动的持续改进提供依据。

技术特征：

1.一种用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

3.根据权利要求1所述的用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

4.根据权利要求1所述的用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

5.根据权利要求1所述的用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：

6.根据权利要求1所述的用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：

7.根据权利要求1所述的用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：

8.根据权利要求1所述的用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法，其特征在于，所述步骤7具体包括：

9.根据权利要求1所述的用于cots电子系统的辐射效应量化分析方法，其特征在于，所述步骤7具体包括：

技术总结
本发明提供了一种用于COTS电子系统的辐射效应量化分析方法，所述方法包括：将电子系统原理图转换为概率图表达形式；定义电子系统中元器件的失效状态；针对元器件开展辐照试验获取辐射效应数据；获得辐射效应数据的统计模型参数；基于模拟样本获得元器件失效概率；将元器件失效概率导入电子系统的概率图表达形式；基于概率图表达形式及相应算法求解电子系统边缘概率及最大后验概率状态。本发明的优势在于：在不依赖大量整机样本的情况下，能够基于COTS辐射效应数据和失效依赖关系计算电子系统失效概率；MAP结果为电子系统RH活动的持续改进提供依据。

技术研发人员：于新,李昕昕,张泽明,冯婕,孙静,文林,李豫东,郭旗
受保护的技术使用者：中国科学院新疆理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1