序貫概率比檢驗法在導航精度試飛中的應用

徐武軍　侯玉宏　段亞

摘 要： 以往導航精度試飛采用基于參數估計理論的誤差統計法，須完成規定的試飛架次才能得出試飛結論。這里根據假設檢驗理論總結出序貫概率比檢驗法，在給定置信度和誤差概率時，求出導航精度的拒絕域、接收域和觀察域；當試驗曲線收斂于接收域時即可提前結束試飛，達到節省架次的目的。通過應用表明該方法不但適用于導航系統，對其他系統也具參考價值。

關鍵詞： 序貫概率比檢驗； 導航精度； 飛行試驗； 置信度； 誤差概率

中圖分類號： TN96?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）11?0124?05

Abstract： The error statistical method based on theory of parameter estimation used in navigation precision flight test can not gain test conclusion until the scheduled flight testing sortie are completed. The sequential probability ratio test method is proposed in this paper according to the testing hypothesis theory， by which refused region， received region and observed region of navigation precision can be deduced while the confidence level and error probability are stipulated. The test may be permitted to be closed ahead of schedule only when test curve converges to the received region， and the flight test sortie is saved then. The method not only is applicable to the navigation systems but also has a reference value to other systems.

Keywords： sequential probability ratio test； navigation precision； flight test； confidence level； error probability

0 引 言

飛行試驗是一項復雜的系統工程，耗資大，周期長。如何利用更少的試飛架次，客觀準確地評估被試對象的功能和性能是試飛工程師始終面臨的問題。導航精度評估的傳統方法是誤差統計法，其原理是認為導航誤差服從正態分布，按照參數估計理論求出試飛樣本量，計算出系統誤差和隨機誤差，與研制總要求規定的指標相比較，得出導航精度是否滿足要求[1]。本文根據Wald在四十年代發展起來的序貫概率比檢驗法[2]，當給定置信度和誤差概率時求出導航精度的拒絕域、接收域和觀察域，然后分析導航精度是否滿足指標；此方法的關鍵是隨時觀察誤差試驗的過程，當試驗曲線收斂于接收域時就可提前結束試飛；與傳統的誤差統計法相比往往節省試飛架次，提高了試飛效率。

1 序貫概率比檢驗法原理[3?5]

1.1 導航精度試飛架次計算

由[m]次試驗的結果發生了事件A，要求按試驗結果評定系統使用時事件A出現的概率，利用概率的二項式分布可以用式（1）評定這個概率[Pm，n]：[Pm，n=CmnPm（1-P）n-m] （1）

式中：[P]表示事件A發生的概率；[n]表示試驗時的總試驗次數，[m]表示發生事件A的試驗次數。

總試驗次數[n]是有限的，不可能精確地確定事件A發生概率[P，]僅可以說是對所選擇的置信概率在給定的試驗次數[n]時，概率[P]的評定值，這就可能確定[P]值的上、下邊界值，[P]值位于在概率等于置信概率的上、下邊界內。

在實踐中常會遇到這種情況，按試驗結果確定出[m=0]（事件A未出現一次），這時所需的評定值可以得到。顯然此種情況下事件A出現概率的下邊界是零，僅需評定事件A出現的上邊界。根據式（1），在[m=0]的情況下：

[P0，n=（1-P）n] （2）

規定了評定值的置信概率[p]后，就可假定評定誤差的允許概率等于[1-p，]它對應于評定值的上限[Pp]為：

[（1-Pp）n=1-p] （3）

由式（3）不難得到確定事件A出現概率的上邊界：

[Pp=1-（1-p）1n] （4）

利用式（4）可確定應完成的飛行試驗次數，以便以置信概率[p]獲取概率評定值范圍的預定上限。

[n=lg（1-p）lg（1-Pp）] （5）

式中：[p]為置信度；[Pp]為系統指標誤差概率。

一般情況下，研制總要求中誤差是以概率[P=]0.95給出的，因而[Pp=1-P=0.05：]

[n=lg（1-p）lgP] （6）

在數理統計中選擇置信度為0.60～0.90，誤差概率不應小于0.9，對于正態分布[σ]對應的[P=]0.682 68，[2σ]對應[P=]0.954 5，[3σ]對應[P=]0.997 3。

假若置信度[p=]0.95，誤差概率[P=]0.95，則可以得到飛行試驗架次[n=]59。

置信度大于90%為高精度，60%～90%為中精度，60%以下為低精度。

對于正態分布，常用試驗次數與置信度、誤差概率的關系見表1。

1.2 置信區間計算

1.3 導航誤差的分類

導航誤差有兩種情況，一種是不含系統誤差或系統誤差可修正為0；另一種是系統誤差為時間的函數，無法修正為0。導航誤差的分布可用兩種分布密度函數描述。

（1） 分布密度函數為正態分布

從拉普拉斯分布密度函數看出，拉普拉斯分布與系統誤差和隨機誤差都有關系，因此在不了解導航誤差情況時，可用拉普拉斯分布進行導航精度評估。

1.3.1 對數似然函數計算

對數似然比：

3 結 論

本文研究的序貫概率比檢驗法，在給定置信度和誤差概率的情況下，求出導航精度的拒絕域、接收域和觀察域，進一步確定導航精度是否滿足指標。序貫概率比檢驗法往往比傳統的誤差統計法節約架次；在導航精度試飛中得到了實際應用，取得了滿意效果；該方法對航電系統、火控系統等精度鑒定也具參考價值。

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