CN115014496A - 光纤水听器阵列的可靠性确定方法、装置和计算机设备 - Google Patents

光纤水听器阵列的可靠性确定方法、装置和计算机设备 Download PDF

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CN115014496A
CN115014496A CN202210429434.8A CN202210429434A CN115014496A CN 115014496 A CN115014496 A CN 115014496A CN 202210429434 A CN202210429434 A CN 202210429434A CN 115014496 A CN115014496 A CN 115014496A
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李树旺
赖灿雄
路国光
杨少华
黄云
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Abstract

本申请涉及一种光纤水听器阵列的可靠性确定方法、装置和计算机设备,所述方法包括:根据获取的待分析光纤水听器阵列的阵列规模信息和复用方式,确定待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目,进而得到待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列;基于基础阵列的第一理论寿命指标和待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,得到指标映射系数;获取基础阵列实际试验得到的第一试验寿命指标,基于第一试验寿命指标和指标映射系数,得到待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,基于第二试验寿命指标,确定针对待分析光纤水听器阵列的可靠性。该方法可提高对光纤水听器阵列的可靠性分析结果的准确性。

Description

光纤水听器阵列的可靠性确定方法、装置和计算机设备
技术领域
本申请涉及光纤水听器的技术领域,特别是涉及一种光纤水听器阵列的可靠性确定方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
光纤水听器是一种建立在现代光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器,在水下警戒、地震波探测、石油地震勘探、鱼群探测等领域具有重要应用。为了保证水下声信号探测,应用中一般采用阵列的形式。光纤水听器阵列由于长期服役在海水环境中,应用环境较为严苛,属于高可靠、长寿命产品,一旦发生失效,影响较大。为了评估光纤水听器阵列能否在长达数年的海底服役期内高效、稳定工作,工程上需要对其进行可靠性研究。
目前,较为普遍的可靠性研究方案是采用光纤水听器阵元作为试验样品,直接以阵元可靠性试验数据来代表阵列的可靠性水平。然而,阵列是由一定数量的阵元以及空分、时分、波分等大量复用器件构成的光纤网络拓扑结构,仅采用阵元进行试验,不能充分表征阵列的可靠性水平。因此,目前对光纤水听器阵列的可靠性分析考虑不足,可靠性分析结果不准确。
发明内容
基于此,有必要针对上述对光纤水听器阵列的可靠性分析考虑不足,可靠性分析结果不准确的技术问题,提供一种光纤水听器阵列的可靠性确定方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
第一方面,本申请提供了一种光纤水听器阵列的可靠性确定方法。所述方法包括:
获取待分析光纤水听器阵列的阵列规模信息和复用方式;
根据所述阵列规模信息和所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目;
根据所述基础节点的类型和所述各类型的基础节点的节点数目,得到所述待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列;
获取所述基础阵列的第一理论寿命指标和所述待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,基于所述第一理论寿命指标和所述第二理论寿命指标,得到指标映射系数;
获取所述基础阵列实际试验得到的第一试验寿命指标,基于所述第一试验寿命指标和所述指标映射系数,得到所述待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,基于所述第二试验寿命指标,确定针对所述待分析光纤水听器阵列的可靠性。
在其中一个实施例中,所述根据所述阵列规模信息和所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目,包括:
根据所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器对应的基础节点的类型;
根据所述阵列规模信息,确定各类型的基础节点的节点数目。
在其中一个实施例中,所述获取所述基础阵列的第一理论寿命指标,包括:
获取所述基础阵列在多个时间点的阵列可靠度;
根据所述多个时间点的阵列可靠度,生成所述基础阵列的可靠度变化曲线;
根据所述可靠度变化曲线,得到所述基础阵列的第一理论寿命指标。
在其中一个实施例中,所述获取所述基础阵列在多个时间点的阵列可靠度,包括:
针对每个时间点,获取所述基础阵列中的各个基础节点在所述时间点的可靠度;
生成所述时间点对应的当前随机数,从所述基础阵列中,确定出可靠度小于所述当前随机数的目标基础节点;所述当前随机数为0到1之间均匀分布的随机数;
确定所述目标基础节点引发的阵元失效总数目,基于所述阵元失效总数目得到所述基础阵列在所述当前时间点和所述当前随机数下的失效结果;
生成所述时间点对应的新的随机数,返回从所述基础阵列中,确定出可靠度小于所述当前随机数的目标基础节点的步骤,直至达到预设次数,基于所述预设次数内所述基础阵列的失效结果,得到所述基础阵列在所述时间点的阵列可靠度。
在其中一个实施例中,所述获取所述基础阵列中的各个基础节点在所述时间点的可靠度,包括:
针对每个基础节点,获取所述基础节点对应的节点类型;
基于所述节点类型,确定所述基础节点的失效率;
将所述失效率和所述时间点输入预设的可靠度计算模型,得到所述基础节点在所述时间点的可靠度。
在其中一个实施例中,所述基于所述预设次数内所述基础阵列的失效结果,得到所述基础阵列在所述时间点的阵列可靠度,包括:
基于所述失效结果,获取所述预设次数内所述基础阵列的有效次数;
获取所述有效次数与所述预设次数的比值,得到所述基础阵列在所述时间点的阵列可靠度。
在其中一个实施例中,所述基于所述第一理论寿命指标和所述第二理论寿命指标,得到指标映射系数,包括:
获取所述第二理论寿命指标与所述第一理论寿命指标之间的比值,作为所述指标映射系数。
第二方面,本申请还提供了一种光纤水听器阵列的可靠性确定装置。所述装置包括:
信息获取模块,用于获取待分析光纤水听器阵列的阵列规模信息和复用方式;
节点确定模块,用于根据所述阵列规模信息和所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目;
阵列构建模块,用于根据所述基础节点的类型和所述各类型的基础节点的节点数目,得到所述待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列;
系数确定模块,用于获取所述基础阵列的第一理论寿命指标和所述待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,基于所述第一理论寿命指标和所述第二理论寿命指标,得到指标映射系数;
评估模块,用于获取所述基础阵列实际试验得到的第一试验寿命指标,基于所述第一试验寿命指标和所述指标映射系数,得到所述待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,基于所述第二试验寿命指标,确定针对所述待分析光纤水听器阵列的可靠性。
第三方面,本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤:
获取待分析光纤水听器阵列的阵列规模信息和复用方式;
根据所述阵列规模信息和所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目;
根据所述基础节点的类型和所述各类型的基础节点的节点数目,得到所述待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列;
获取所述基础阵列的第一理论寿命指标和所述待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,基于所述第一理论寿命指标和所述第二理论寿命指标,得到指标映射系数;
获取所述基础阵列实际试验得到的第一试验寿命指标,基于所述第一试验寿命指标和所述指标映射系数,得到所述待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,基于所述第二试验寿命指标,确定针对所述待分析光纤水听器阵列的可靠性。
第四方面,本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
获取待分析光纤水听器阵列的阵列规模信息和复用方式;
根据所述阵列规模信息和所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目;
根据所述基础节点的类型和所述各类型的基础节点的节点数目,得到所述待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列;
获取所述基础阵列的第一理论寿命指标和所述待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,基于所述第一理论寿命指标和所述第二理论寿命指标,得到指标映射系数;
获取所述基础阵列实际试验得到的第一试验寿命指标,基于所述第一试验寿命指标和所述指标映射系数,得到所述待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,基于所述第二试验寿命指标,确定针对所述待分析光纤水听器阵列的可靠性。
第五方面,本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
获取待分析光纤水听器阵列的阵列规模信息和复用方式;
根据所述阵列规模信息和所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目;
根据所述基础节点的类型和所述各类型的基础节点的节点数目,得到所述待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列;
获取所述基础阵列的第一理论寿命指标和所述待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,基于所述第一理论寿命指标和所述第二理论寿命指标,得到指标映射系数;
获取所述基础阵列实际试验得到的第一试验寿命指标,基于所述第一试验寿命指标和所述指标映射系数,得到所述待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,基于所述第二试验寿命指标,确定针对所述待分析光纤水听器阵列的可靠性。
上述光纤水听器阵列的可靠性确定方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品,基于光纤水听器阵列的实际复用方式和阵列规模信息,确定待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目,进一步构建待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列,根据基础阵列的第一理论寿命指标和待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,得到指标映射系数,最后结合指标映射系数,实现根据基础阵列的第一试验寿命指标对待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标的评估。该方法基于光纤水听器阵列的实际复用结构以及可靠性要求,建立基础阵列(小规模阵列)-光纤水听器阵列(大规模阵列)的寿命指标之间的映射关系模型,基于该模型,利用小规模子阵可靠性试验数据评估大规模阵列的寿命指标,所建立的基础阵列充分考虑了光纤水听器阵列的实际复用结构和可靠性要求,从而使所建立的基础阵列可充分表征光纤水听器阵列的可靠性水平,实现在节省试验成本的基础上,保证可靠性分析结果的准确性。
附图说明
图1为一个实施例中光纤水听器阵列的可靠性确定方法的流程示意图;
图2为一个实施例中阵列可靠度确定步骤的流程示意图;
图3为一个实施例中基础节点在任一时间点的可靠度确定步骤的流程示意图;
图4为一个实施例中光纤水听器阵列可靠性建模方法的原理示意图;
图5为一个实施例中光纤水听器阵列的可靠性确定装置的结构框图;
图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
需要说明的是,为了评估光纤水听器阵列能否在长达数年的海底服役期内高效、稳定工作,工程上需要采用加速寿命试验方法。对于光纤水听器阵列加速寿命评价试验来说,一个突出的问题就是试验样品的选取。理想情况下,直接采用阵列作为样品是最为合适的,但是阵列规模一般较为庞大,据公开报道规模已经达到1024阵元,对于如此庞大的阵列产品,直接进行加速寿命试验不论成本还是技术上均难以实现。
因此,现有技术中较为普遍的应用方案是采用光纤水听器阵元作为试验样品,直接以阵元可靠性试验数据来代表阵列的可靠性水平。然而这种方法存在以下两个问题:
一、对阵列关键可靠性节点考虑不足。阵列是由一定数量的阵元以及空分、时分、波分等大量复用器件构成的光纤网络拓扑结构,仅采用阵元进行试验,不能完全覆盖阵列的全部可靠性节点,如空分节点等,也无法体现不同节点失效带来的影响,不能充分表征阵列的可靠性水平。
二、阵列可靠性要求体现不足。阵列是由多个阵元组成,根据实际应用需求,在不影响波束形成前提下,一般可以允许一定比例的阵元失效,目前方案不能考虑该因素。
针对上述目前光纤水听器阵列可靠性评价方法对于阵列实际光纤网络结构情况考虑不足的现状,本申请提出一种光纤水听器阵列的可靠性确定方法。
参考图1,为一示例性实施例中示出的光纤水听器阵列的可靠性确定方法的流程示意图,本实施例以该方法应用于终端进行举例说明,可以理解的是,该方法也可以应用于服务器,还可以应用于包括终端和服务器的***,并通过终端和服务器的交互实现。其中,终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备和便携式可穿戴设备,物联网设备可为智能音箱、智能电视、智能空调、智能车载设备等。便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。本实施例中,该方法包括以下步骤:
步骤S110,获取待分析光纤水听器阵列的阵列规模信息和复用方式。
其中,光纤水听器是一种建立在现代光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器。为了保证水下声信号探测,应用中光纤水听器一般都采用阵列的形式,具体是采用空分、时分、波分复用技术实现。
其中,阵列规模信息可以理解为待分析光纤水听器阵列所包括的阵元数量,阵元可以理解为单个光纤水听器。
步骤S120,根据阵列规模信息和复用方式,确定待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目。
其中,基础节点可以理解为待分析光纤水听器阵列中的关键节点或必须存在的节点。
其中,各类型的基础节点的节点数目与阵列规模信息成正相关关系,即阵列规模越大,则基础节点的节点数目越多,阵列规模越小,则基础节点的节点数目越少。
其中,光纤水听器阵列的复用方式主要包括空分复用、时分复用和波分复用三种复用方式。
其中,空分复用是指采用不同光纤传输不同的阵元信号,通过空间方式实现信号分离,从可靠性角度,可划分为空分节点和阵元节点两类基础节点;
其中,时分复用是指利用延时光纤将具有一定时延的光脉冲注入的不同阵元中,通过时间实现信号的分离,从可靠性角度,可划分为时分节点和阵元节点两类基础节点。
其中,波分复用就是将多个波长混合进一条光纤,经光上/下载分路器分别注入到不同阵元中,通过波长实现信号的分离,从可靠性角度,可划分为波分节点和阵元节点两类基础节点。
可以理解的是,实际应用中,一般采用混合复用的方式实现一定规模的阵列,最为复杂的就是空分时分波分混合复用阵列,其他的复用方式都可以看作是三种复用的特殊情况。因此,阵列的可靠性节点可以分解为空分节点、时分节点、波分节点和阵元节点4类,采用上述三种混合复用方式的任何规模的阵列都可以通过上述四类基础节点组合而成。
步骤S130,根据基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目,得到待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列。
具体实现中,在确定待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型以及各类型的基础节点数目后,可按照基础节点的类型和各类型的基础节点的数目,建立一个小的阵列,作为待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列,以便于后续可通过对该基础阵列和待分析光纤水听器阵列进行理论研究,确定这两个阵列之间的指标映射系数。
步骤S140,获取基础阵列的第一理论寿命指标和待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,基于第一理论寿命指标和第二理论寿命指标,得到指标映射系数。
其中,寿命指标可表示产品从投入运行到失效的时长。
具体实现中,基础阵列的第一理论寿命指标和待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标的确定方式相同,均可依据阵列中各个节点的失效情况以及失效节点对后续阵元失效的影响情况,确定阵列的可靠度,然后根据阵列在多个时间点的可靠度,得到可靠度变化曲线,根据可靠度变化曲线,得到寿命指标。进一步获取待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标与基础阵列的第一理论寿命指标之间的比值,作为指标映射系数。
例如,若用T1表示基础阵列的第一理论寿命指标,用T2表示待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,则指标映射系数K2/1可用关系式表示为:
Figure BDA0003611181630000091
步骤S150,获取基础阵列实际试验得到的第一试验寿命指标,基于第一试验寿命指标和指标映射系数,得到待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,基于第二试验寿命指标,确定针对待分析光纤水听器阵列的可靠性。
具体实现中,可以将由基础节点构建的基础阵列作为试验样品,设定一定的试验应力条件,对基础阵列进行试验,若在考核时间内,产品失效数不高于允许失效数,则可实现基础阵列寿命信息的评估,该寿命信息即可作为基础阵列的第一试验寿命指标,进而将第一试验寿命指标,结合指标映射系数,可预估待分析光纤水听器阵列在相同试验条件下的第二试验寿命指标。更具体地,根据指标映射系数的关系式,若指标映射系数为第二理论寿命指标与第一理论寿命指标相除得到,则可计算指标映射系数与第一试验寿命指标的乘积,得到待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,进而基于第二试验寿命指标,评估针对待分析光纤水听器阵列的可靠性。
上述光纤水听器阵列的可靠性确定方法中,基于光纤水听器阵列的实际复用方式和阵列规模信息,确定待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目,进一步构建待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列,根据基础阵列的第一理论寿命指标和待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,得到指标映射系数,最后结合指标映射系数,实现根据基础阵列的第一试验寿命指标对待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标的评估。该方法基于光纤水听器阵列的实际复用结构以及可靠性要求,建立基础阵列(小规模阵列)-光纤水听器阵列(大规模阵列)的寿命指标之间的映射关系模型,基于该模型,利用小规模子阵可靠性试验数据评估大规模阵列的寿命指标,所建立的基础阵列充分考虑了光纤水听器阵列的实际复用结构和可靠性要求,从而使所建立的基础阵列可充分表征光纤水听器阵列的可靠性水平,实现在节省试验成本的基础上,保证可靠性分析结果的准确性。
在一示例性实施例中,上述步骤S120中,根据阵列规模信息和复用方式,确定待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目,具体可以通过以下步骤实现:
步骤S1201,根据复用方式,确定待分析光纤水听器对应的基础节点的类型;
步骤S1202,根据阵列规模信息,确定各类型的基础节点的节点数目。
具体实现中,由于空分复用方式从可靠性角度,可划分为空分节点和阵元节点两类基础节点;时分复用方式从可靠性角度,可划分为时分节点和阵元节点两类基础节点;波分复用方式从可靠性角度,可划分为波分节点和阵元节点两类基础节点。因此,可根据待分析光纤水听器阵列实际采用的复用方式,确定待分析光纤水听器对应的基础节点的类型。例如,若待分析光纤水听器阵列包括空分复用和时分复用两种复用方式,则对应的基础节点的类型有空分节点、时分节点和阵元节点三种类型。
在确定节点类型后,则可根据阵列规模的大小,按照预设的阵列规模信息与各类型的基础节点之间的比例关系,确定各类型的基础节点的节点数目,其中,空分节点的节点数目与阵列中的空分方式复用数相同;而时分节点的节点数目则等于时分方式的复用数减1后,与空分方式复用数相乘,波分节点的节点数目则等于波分方式的复用数减1后,与空分方式复用数相乘;阵元节点的节点数目等于阵列所采用的各种复用方式的复用数的乘积。
例如,对于4空分4时分3波分的阵列,空分方式复用数、时分方式复用数和波分方式复用数分别为4、4、3,则空分节点的数目=空分方式复用数=4,时分节点的数目=(时分方式复用数-1)*空分方式复用数=12,波分节点的数目=(波分方式复用数-1)*空分方式复用数=8,阵元节点的数目=空分方式复用数*时分方式复用数*波分方式复用数=48。
本实施例中,通过复用方式,确定待分析光纤水听器对应的基础节点的类型;然后根据阵列规模信息,确定各类型的基础节点的节点数目,充分考虑了待分析光纤水听器的实际复用结构、规模以及可靠性要求,从而使得所确定的基础节点能够充分表征光纤水听器阵列的可靠性水平。
在一示例性实施例中,上述步骤S140中,获取基础阵列的第一理论寿命指标,具体可以通过以下步骤实现:
步骤S1401,获取基础阵列在多个时间点的阵列可靠度;
步骤S1402,根据多个时间点的阵列可靠度,生成基础阵列的可靠度变化曲线;
步骤S1403,根据可靠度变化曲线,得到基础阵列的第一理论寿命指标。
其中,可靠度变化曲线为可靠度随时间变化的曲线,具体可以以时间为横坐标,以可靠度为纵坐标。
具体实现中,寿命指标指的是产品从投入运行到失效的时长,因此,在确定基础阵列的第一理论寿命指标时,需要先获取基础阵列在多个时间点的阵列可靠度,基于各个时间点的阵列可靠度,拟合得到基础阵列的可靠度变化曲线,从而可从可靠度变化曲线中确定出基础阵列从开始投入使用的时间点到开始失效的时间点之间的时长,作为基础阵列的寿命指标。
更具体地,基础阵列在各时间点的可靠度可采用蒙特卡洛随机数比对方式进行确定,具体而言,可生成一个蒙特卡洛随机数(在0-1上均匀分布),作为节点的失效判定依据,针对任一时间点,获取基础阵列中的各个基础节点在该时间点的可靠度,然后与该时间点的蒙特卡洛随机数进行比对,根据比对结果确定各基础节点的失效情况,根据各基础节点的失效情况,确定基础阵列的失效情况,从而得到基础阵列在各个时间点的可靠度。
本实施例中,通过基础阵列在多个时间点的阵列可靠度,生成基础阵列的可靠度变化曲线,继而根据可靠度变化曲线,得到基础阵列的第一理论寿命指标,以便于后续根据该第一理论寿命指标确定指标映射系数。
在一示例性实施例中,参考图2,上述步骤S1401中,获取基础阵列在多个时间点的阵列可靠度,具体可以通过以下步骤实现:
步骤S1401a,针对每个时间点,获取基础阵列中的各个基础节点在时间点的可靠度;
步骤S1401b,生成时间点对应的当前随机数,从基础阵列中,确定出可靠度小于当前随机数的目标基础节点;当前随机数为0到1之间均匀分布的随机数;
步骤S1401c,确定目标基础节点引发的阵元失效总数目,基于阵元失效总数目得到基础阵列在当前时间点和当前随机数下的失效结果;
步骤S1401d,生成时间点对应的新的随机数,返回从基础阵列中,确定出可靠度小于当前随机数的目标基础节点的步骤,直至达到预设次数,基于预设次数内基础阵列的失效结果,得到基础阵列在时间点的阵列可靠度。
其中,目标基础节点的数量可以为多个。
具体实现中,参考图2,以获取基础阵列在时间点t1的阵列可靠度为例,生成时间点t1对应的当前随机数R蒙卡(t1),并计算基础阵列中的各个基础节点在时间点t1下的可靠度:R节点(t1),对于任一个基础节点,若该基础节点的可靠度大于或等于当前随机数,即R节点(t1)≥R蒙卡(t1),则确定该基础节点未失效,计算下一基础节点的可靠度,与当前随机数进行比对;若该基础节点的可靠度小于当前随机数,即R节点(t1)<R蒙卡(t1),则确定该基础节点失效,将该基础节点作为目标基础节点,并确定该基础节点失效所引发的阵元失效数目。在遍历完基础阵列中的所有基础节点后,将确定出的每个目标基础节点失效所引发的阵元失效数目相加,得到基础阵列在时间点t1下的阵元失效总数目,若阵元失效总数目小于允许失效的数目阈值,则判定基础阵列未发生失效,否则判定发生失效。重复执行该过程多次,每次随机生成一个蒙特卡洛随机数,直至达到预设次数,使基础阵列的可靠度收敛,根据预设次数内每一次基础阵列的失效结果,确定础阵列在时间点t1下的阵列可靠度。
进一步地,在一示例性实施例中,上述步骤S1401d中,基于预设次数内基础阵列的失效结果,得到基础阵列在时间点的阵列可靠度,具体可以通过以下步骤实现:基于失效结果,获取预设次数内基础阵列的有效次数;获取有效次数与预设次数的比值,得到基础阵列在时间点的阵列可靠度。
具体地,假设预设次数为N,N可以为1000次,N次计算中基础阵列发生失效的次数为n,则基础阵列的有效次数=N-n,基础阵列在时间点t1的阵列可靠度可用关系式表示为:
Figure BDA0003611181630000131
本实施例中,通过蒙特卡洛随机数的方式确定各个基础节点的失效与否,进而确定基础阵列的失效与否,从而得到基础阵列在各个时间点的可靠度,以便于生成基础阵列的可靠度变化曲线,确定基础阵列的第一理论寿命指标。
在一示例性实施例中,如图3所示,上述步骤S1401a中,获取基础阵列中的各个基础节点在时间点的可靠度,包括:
步骤S310,针对每个基础节点,获取基础节点对应的节点类型;
步骤S320,基于节点类型,确定基础节点的失效率;
步骤S330,将失效率和时间点输入预设的可靠度计算模型,得到基础节点在时间点的可靠度。
其中,各类型的基础节点的失效率可根据标准或历史时效数据确定。
具体实现中,可靠度计算模型可用关系式表示为R节点(t)=e-λt,其中,R节点(t)、λ、t分别表示可靠度、失效率和时间点,可见,基础节点在各时间点的可靠度与时间点和该基础节点的失效率都有关,因此,在确定基础节点的可靠度前,需要先确定该基础节点的失效率。而不同类型的基础节点包括的器件不同,因此其失效率也不同,故而需要预先获取各基础节点对应的节点类型,根据对应的节点类型确定各基础节点的失效率,进一步将失效率和时间点输入预设的可靠度计算模型,得到基础节点在时间点的可靠度。
本实施例中,通过基础节点对应的节点类型,确定基础节点的失效率,将失效率和时间点输入预设的可靠度计算模型,得到基础节点在时间点的可靠度,以便于将该可靠度与该时间点的随机数进行比对,确定各基础节点的时效情况,从而确定基础阵列的时效情况。
在一示例性实施例中,上述步骤S140中,基于第一理论寿命指标和第二理论寿命指标,得到指标映射系数,包括:获取第二理论寿命指标与第一理论寿命指标之间的比值,作为指标映射系数。
可以理解的是,指标映射系数是用于建立基础阵列和待分析光纤水听器阵列的理论可靠度与试验可靠度之间映射关系的桥梁。因此,指标映射系数可以通过计算第二理论寿命指标与第一理论寿命指标之间的比值得到,也可以计算第一理论寿命指标与第二理论寿命指标之间的比值得到,只要后续根据指标映射系数的计算方式,对应地去确定待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标即可。即若指标映射系数通过计算第二理论寿命指标与第一理论寿命指标之间的比值得到,则待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标可通过计算基础阵列的第一试验寿命指标和指标映射系数的乘积得到。若指标映射系数通过计算第一理论寿命指标与第二理论寿命指标之间的比值得到,则待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标可通过计算基础阵列的第一试验寿命指标与指标映射系数的比值得到。
本实施例中,通过计算第二理论寿命指标与第一理论寿命指标之间的比值,作为指标映射系数,建立了基础阵列(小规模阵列)-光纤水听器阵列(大规模阵列)的寿命指标之间的映射关系,从而可利用小规模的基础阵列的可靠性试验数据评估大规模的光纤水听器阵列的寿命指标。
需要说明的是,基础阵列的第一理论寿命指标和待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标的确定方式相同,上述实施例中用于确定基础阵列的第一理论寿命指标的方式也可以应用于待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标的确定中,本申请在此不再赘述。
在一个实施例中,为了便于本领域技术人员理解本申请实施例,以下将结合附图的具体示例进行说明。参考图4,示出了一种光纤水听器阵列可靠性建模方法的原理示意图,主要包括三部分:
第一部分:开展阵列产品可靠性关键节点分解。针对阵列的实际复用结构,开展可靠性关键节点的分解工作,将整个阵列复用结构分解为几类可靠性关键节点。具体地,空分复用方式可划分为空分节点和阵元节点两类;波分复用方式可划分为波分节点和阵元节点两类;时分复用方式可划分为时分节点和阵元节点两类。
第二部分:构建阵列可靠性模型。实际上任意规模的阵列都可以通过一定数量的上述可靠性节点组成,本部分主要根据阵列规模和复用方式确定几类可靠性节点具体数量;依据不同节点对于后续阵元失效的影响,采用蒙特卡洛随机数的方法,建立阵列可靠性模型,输入节点失效率/规模/复用方式/允许失效阵元数等数据和要求,该模型可以输出阵列可靠度退化曲线和寿命指标。
具体而言,假设节点可靠度遵守指数分布,因此时间点t1下节点的可靠度可以表示如下:
Figure BDA0003611181630000151
式中,R节点(t1)、λ、t1分别表示可靠度、失效率和时间。实际上,4类可靠性节点由于内部包含器件不同,其失效率是不同的,具体可以根据标准或历史失效数据获得。此时生成的蒙特卡洛随机数可以表示为R蒙卡(t1),若
R节点(t1)≥R蒙卡(t1)
则该节点未失效,计算下一节点,若
R节点(t1)<R蒙卡(t1)
则该节点失效,计算该节点失效引发阵元失效数量,依次实现阵列中所有可靠节点的遍历,累计所有节点后,得出当前时间点下阵元失效总数,若阵元失效总数小于允许失效数,则阵列未发生失效,反之则发生失效,重复进行一定次数后N,记录阵列失效次数n,可以得到该时间点下阵列失效概率:
Figure BDA0003611181630000161
不断重复上述计算过程,计算下一时间点,直至阵列可靠度退化接近零,最终可以得到阵列可靠度退化曲线,进而可以根据可靠度曲线得到阵列的寿命指标。
第三部分:建立小规模-大规模阵列可靠性指标映射关系模型。基于第二部分建立的阵列可靠性模型,可以获得小规模-大规模阵列可靠性指标映射关系,进一步输入小规模子阵可靠性试验数据前提下,可以评估出大规模阵列的可靠性指标。
具体地,设根据第二部分的可靠度模型得到较小规模阵列(基础阵列)L1×M1×N1的寿命指标T1,同样可以得到较大规模阵列(光纤水听器阵列)L2×M2×N2的寿命指标T2,小规模-大规模阵列可靠性指标映射关系可以表示如下式:
Figure BDA0003611181630000162
式中,K2/1、T1、T2分别为指标映射系数、小阵列寿命指标、大阵列寿命指标。具体而言,若通过加速寿命试验获得了较小规模阵列L1×M1×N1的寿命指标T1试验,依据前述建立的可靠性指标映射系数,可以得到较大规模阵列L2×M2×N2的寿命指标T2试验如下式所示:
T2试验=K2/1×T1试验
本申请基于光纤水听器阵列的实际复用结构以及可靠性要求,提出了一种蒙特卡洛随机数的光纤水听器阵列可靠性建模方法,建立小规模-大规模阵列可靠性指标映射关系模型,基于该模型可实现利用小规模子阵可靠性试验数据评估大规模阵列的可靠性指标,具有更加贴近阵列实际结构和较高效费比的特点,解决了传统方案对于阵列结构考虑不足的问题,可以更好的满足产品研发、鉴定以及应用等多个环节对于阵列可靠性评价需求。
应该理解的是,虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的光纤水听器阵列的可靠性确定方法的光纤水听器阵列的可靠性确定装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的一个或多个光纤水听器阵列的可靠性确定装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于光纤水听器阵列的可靠性确定方法的限定,在此不再赘述。
在一个实施例中,如图5所示,提供了一种光纤水听器阵列的可靠性确定装置,包括:信息获取模块510、节点确定模块520、阵列构建模块530、系数确定模块540和评估模块550,其中:
信息获取模块510,用于获取待分析光纤水听器阵列的阵列规模信息和复用方式;
节点确定模块520,用于根据阵列规模信息和复用方式,确定待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目;
阵列构建模块530,用于根据基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目,得到待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列;
系数确定模块540,用于获取基础阵列的第一理论寿命指标和待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,基于第一理论寿命指标和第二理论寿命指标,得到指标映射系数;
评估模块550,用于获取基础阵列实际试验得到的第一试验寿命指标,基于第一试验寿命指标和指标映射系数,得到待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,基于第二试验寿命指标,确定针对待分析光纤水听器阵列的可靠性。
在一个实施例中,上述节点确定模块520,具体用于根据复用方式,确定待分析光纤水听器对应的基础节点的类型;根据阵列规模信息,确定各类型的基础节点的节点数目。
在一个实施例中,上述系数确定模块540,还包括:
可靠度获取子模块,用于获取基础阵列在多个时间点的阵列可靠度;
曲线生成子模块,用于根据多个时间点的阵列可靠度,生成基础阵列的可靠度变化曲线;
指标确定子模块,用于根据可靠度变化曲线,得到基础阵列的第一理论寿命指标。
在一个实施例中,上述可靠度获取子模块,还用于针对每个时间点,获取基础阵列中的各个基础节点在时间点的可靠度;生成时间点对应的当前随机数,从基础阵列中,确定出可靠度小于当前随机数的目标基础节点;当前随机数为0到1之间均匀分布的随机数;确定目标基础节点引发的阵元失效总数目,基于阵元失效总数目得到基础阵列在当前时间点和当前随机数下的失效结果;生成时间点对应的新的随机数,返回从基础阵列中,确定出可靠度小于当前随机数的目标基础节点的步骤,直至达到预设次数,基于预设次数内基础阵列的失效结果,得到基础阵列在时间点的阵列可靠度。
在一个实施例中,上述可靠度获取子模块,还用于针对每个基础节点,获取基础节点对应的节点类型;基于节点类型,确定基础节点的失效率;将失效率和时间点输入预设的可靠度计算模型,得到基础节点在时间点的可靠度。
在一个实施例中,上述可靠度获取子模块,还用于基于失效结果,获取预设次数内基础阵列的有效次数;获取有效次数与预设次数的比值,得到基础阵列在时间点的阵列可靠度。
上述光纤水听器阵列的可靠性确定装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是终端,其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种光纤水听器阵列的可靠性确定方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解,图6中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中,还提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器中存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光纤水听器阵列的可靠性确定方法,其特征在于,所述方法包括:
获取待分析光纤水听器阵列的阵列规模信息和复用方式;
根据所述阵列规模信息和所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目;
根据所述基础节点的类型和所述各类型的基础节点的节点数目,得到所述待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列;
获取所述基础阵列的第一理论寿命指标和所述待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,基于所述第一理论寿命指标和所述第二理论寿命指标,得到指标映射系数;
获取所述基础阵列实际试验得到的第一试验寿命指标,基于所述第一试验寿命指标和所述指标映射系数,得到所述待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,基于所述第二试验寿命指标,确定针对所述待分析光纤水听器阵列的可靠性。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述阵列规模信息和所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目,包括:
根据所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器对应的基础节点的类型;
根据所述阵列规模信息,确定各类型的基础节点的节点数目。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取所述基础阵列的第一理论寿命指标,包括:
获取所述基础阵列在多个时间点的阵列可靠度;
根据所述多个时间点的阵列可靠度,生成所述基础阵列的可靠度变化曲线;
根据所述可靠度变化曲线,得到所述基础阵列的第一理论寿命指标。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述获取所述基础阵列在多个时间点的阵列可靠度,包括:
针对每个时间点,获取所述基础阵列中的各个基础节点在所述时间点的可靠度;
生成所述时间点对应的当前随机数,从所述基础阵列中,确定出可靠度小于所述当前随机数的目标基础节点;所述当前随机数为0到1之间均匀分布的随机数;
确定所述目标基础节点引发的阵元失效总数目,基于所述阵元失效总数目得到所述基础阵列在所述当前时间点和所述当前随机数下的失效结果;
生成所述时间点对应的新的随机数,返回从所述基础阵列中,确定出可靠度小于所述当前随机数的目标基础节点的步骤,直至达到预设次数,基于所述预设次数内所述基础阵列的失效结果,得到所述基础阵列在所述时间点的阵列可靠度。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述获取所述基础阵列中的各个基础节点在所述时间点的可靠度,包括:
针对每个基础节点,获取所述基础节点对应的节点类型;
基于所述节点类型,确定所述基础节点的失效率;
将所述失效率和所述时间点输入预设的可靠度计算模型,得到所述基础节点在所述时间点的可靠度。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述预设次数内所述基础阵列的失效结果,得到所述基础阵列在所述时间点的阵列可靠度,包括:
基于所述失效结果,获取所述预设次数内所述基础阵列的有效次数;
获取所述有效次数与所述预设次数的比值,得到所述基础阵列在所述时间点的阵列可靠度。
7.一种光纤水听器阵列的可靠性确定装置,其特征在于,所述装置包括:
信息获取模块,用于获取待分析光纤水听器阵列的阵列规模信息和复用方式;
节点确定模块,用于根据所述阵列规模信息和所述复用方式,确定所述待分析光纤水听器阵列对应的基础节点的类型和各类型的基础节点的节点数目;
阵列构建模块,用于根据所述基础节点的类型和所述各类型的基础节点的节点数目,得到所述待分析光纤水听器阵列对应的基础阵列;
系数确定模块,用于获取所述基础阵列的第一理论寿命指标和所述待分析光纤水听器阵列的第二理论寿命指标,基于所述第一理论寿命指标和所述第二理论寿命指标,得到指标映射系数;
评估模块,用于获取所述基础阵列实际试验得到的第一试验寿命指标,基于所述第一试验寿命指标和所述指标映射系数,得到所述待分析光纤水听器阵列的第二试验寿命指标,基于所述第二试验寿命指标,确定针对所述待分析光纤水听器阵列的可靠性。
8.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品,包括计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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