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本书作者基于高校光电信息科学与工程专业培养高层次、综合性人才的需求，以及新工科课程建设的实际需要，从工程实际和教学出发，编著适合于光电类专业高年级本科生、研究生的教材，同时也适合光电行业的技术、管理人员学习参考，提高分析、解决光电系统环境与可靠性工程问题的能力。本书是作者结合自己20多年从事光电系统环境与可靠性工程技术工作的经验，将基础理论与工程实际相结合，融合科研成果经验与心得体会的一部教材。本书内容丰富，深入浅出；取材科研，源于工程；突出重点，应用性强；技术前沿，兼顾发展；系统全面，概念清晰；脉络纵横，层次分明，易教易学。
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| 內容簡介： |
本书主要针对环境对光电系统（装备、设备）可靠性具有的重要影响，以及环境与可靠性的相互关系，围绕如何提高光电系统可靠性这一主线而展开。全书分为12章。首先阐述光电系统所需的环境工程与可靠性基础。接着分析、研究环境对系统可靠性的影响以及抗恶劣环境设计、环境对光电系统性能的影响及对策分析。然后，结合实际重点讲解光电系统可靠性设计、光电系统研制阶段与使用阶段可靠性增长及可靠性管理、环境应力筛选与可靠性保证试验、环境试验、可靠性鉴定（验收）试验等工程技术方法。*后，提出并研讨光电系统可靠性评估、软件可靠性与软件测试等工程技术内容。
本书将基础理论与工程实际相结合，融合实际工作经验与科研成果。内容丰富，深入浅出； 取材科研，源于工程； 突出重点，应用性强； 技术前沿，兼顾发展； 系统全面，概念清晰； 纵横脉络，层次分明。尤其是技术与管理并重，体现了该交叉学科课程的综合性、特殊性和重要性。
本书可作为高等院校光电信息科学与工程专业高年级本科生和光学工程专业研究生的教材，也可供光电行业及其相关领域的科技人员和管理人员学习、参考。
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| 目錄：
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目录
第1章光电系统环境工程基础
1.1装备环境适应性低的主要原因
1.2装备环境工程基本概念
1.3装备环境工程的一般要求
1.4装备环境剪裁
1.4.1剪裁的含义
1.4.2剪裁的原则与目的
1.4.3剪裁的层次
1.4.4剪裁的对象与时机
1.4.5剪裁步骤
1.4.6寿命期环境剖面的确定
1.4.7环境数据的获取
1.4.8环境适应性设计与试验准则
1.4.9环境试验项目
1.4.10环境试验顺序
1.4.11环境试验量值
1.5环境试验与可靠性试验的区别和关系
1.6使用环境、试验环境及其折合因子
1.6.1两种环境下的性能、可靠性差别的原因分析
1.6.2可靠性的环境折合因子
本章小结
习题
第2章光电系统可靠性基础
2.1可靠性问题的提出及其相关分析
2.1.1可靠性问题的提出
2.1.2可靠性理论的三个独立学科
2.1.3可靠性与相关特性的关系
2.1.4故障与失效
2.1.5复杂系统可靠性的特点
2.2国内外可靠性工程技术发展特点分析
2.2.1国外可靠性工程技术发展概览
2.2.2美国可靠性工程的发展与特点
2.2.3俄罗斯可靠性工程的特点
2.2.4国内环境与可靠性工程的发展
2.2.5国内外对光电系统可靠性的研究
2.3什么是光电系统可靠性
2.4固有可靠性、使用可靠性及性能可靠性
2.5可靠性经济效益研究
2.6可靠性常用概率分布函数
2.7可靠性的主要数量特征
2.7.1用概率统计近似法描述可靠性数量特征
2.7.2概率分布与可靠性数量特征的描述
2.8光电系统可靠性分布函数
2.9复杂光电系统模糊可靠度分析
2.9.1隶属函数的确定
2.9.2模糊可靠度
2.9.3光电系统的模糊可靠度
本章小结
习题
第3章环境对系统可靠性的影响与抗恶劣环境设计
3.1环境因素对系统可靠性的影响
3.1.1单一环境因素对系统的影响
3.1.2复合环境因素及其影响
3.2环境因素对光学系统的影响
3.2.1环境因素对光学系统的影响
3.2.2光学系统生雾的原因和防止方法
3.2.3光学零件的腐蚀与防腐
3.2.4温度变化对光学系统影响的数学模型分析与解决措施
3.3海上自然环境及其影响分析
3.3.1高温和高湿
3.3.2盐雾
3.3.3霉菌
3.3.4风和雨
3.3.5太阳辐射与温度
3.3.6海浪及涌
3.3.7南海与其他三大海域的环境参数比较
3.4海洋船舶光电装备抗恶劣环境要求
3.5抗海洋恶劣环境设计
3.5.1抗恶劣环境技术
3.5.2三防设计总体方法
3.5.3不同材料的环境防护性能比较
3.5.4密封性设计
3.5.5热设计
3.5.6防冲击和耐振设计
3.5.7电磁兼容设计与电磁辐射防护
3.5.8抗核辐射和宇宙辐射设计
3.5.9安全性设计
3.5.10环境防护与环境控制技术
本章小结
习题
第4章环境对光电系统性能的影响
4.1舰船动态环境对电视跟踪器成像质量的影响及对策分析
4.1.1CCD成像质量的评价标准
4.1.2目标运动的调制传递函数模型
4.1.3对策分析
4.2舰船动态环境对红外成像跟踪系统成像质量的影响及对策分析
4.2.1舰船动态环境对红外成像跟踪系统成像质量的影响
4.2.2对策分析
4.3目标运动及动态跟踪状态对激光测距的影响及对策分析
4.3.1调整精度对激光接收概率的影响
4.3.2跟踪误差对激光击中目标概率的影响
4.3.3其他影响因素与对策分析
4.4舰船光电跟踪系统的动态性能分析
4.5大气环境对红外辐射传输的影响分析
4.5.1大气的组成及吸收作用
4.5.2大气中辐射衰减的物理基础
4.5.3气象能见度与大气透射性能
4.5.4与气象条件有关的衰减
本章小结
习题
第5章光电系统可靠性设计
5.1系统可靠性指标分析与论证
5.1.1系统可靠性指标的现状及存在问题
5.1.2MTBF指标各种量值的相应关系与确定方法
5.1.3可靠性指标与可靠性验收（鉴定）试验中参数的关系
5.1.4可靠性指标的确定准则及确定程序
5.1.5可靠性指标论证
5.1.6合同指标与使用指标的转换
5.2可靠性结构模型与数学模型
5.2.1总体可靠性模型建立的前提
5.2.2建立系统可靠性模型的步骤
5.2.3光电系统任务可靠性的计算程序
5.2.4建立光电系统任务可靠性模型时的注意事项
5.2.5可靠性结构模型的建立
5.2.6可靠性数学模型
5.3系统可靠性预计
5.3.1可靠性预计注意事项
5.3.2可靠性预计方法
5.3.3可靠性预计的局限性
5.4系统可靠性分配
5.4.1可靠性分配的总体方法、基本原则和注意事项
5.4.2可靠性分配和可靠性预计的关系
5.4.3可靠性分配方法
5.4.4分配方法选择与分配过程
5.5光电系统可靠性预计与分配综合分析
5.5.1光电系统简易可靠性预计与可靠性分配示例
5.5.2复杂光电系统可靠性预计与可靠性分配综合分析
5.6故障模式、影响及危害度分析
5.6.1FMECA方法
5.6.2FMECA分析程序
5.6.3FMECA在光电系统应用中存在的问题
5.6.4光电系统故障模式分析
5.6.5在系统研制中推广FMECA技术的建议
5.7提高系统可靠性的其他设计措施
本章小结
习题
第6章光电系统可靠性增长与可靠性管理
6.1光电系统研制阶段可靠性增长分析
6.1.1趋势检验方法
6.1.2Duane模型
6.1.3AMSAA模型
6.1.4AMSAABISE模型
6.1.5在拒绝AMSAA或AMSAABISE模型时的情况
6.1.6可靠性增长模型的应用步骤
6.2光电系统可靠性增长管理
6.2.1可靠性增长管理的关键参数
6.2.2可靠性增长规划管理
6.2.3可靠性理想增长曲线、绘制及其管理
6.2.4可靠性计划增长曲线
6.2.5跟踪增长曲线与预测增长曲线
6.3光电系统使用状态可靠性增长
6.3.1国内外可靠性增长技术现状
6.3.2光电系统使用状态可靠性增长工作分析
6.3.3光电系统使用状态可靠性增长管理
6.3.4改进与可靠性增长
6.3.5可靠性外场数据处理研究
6.3.6可靠性增长的经验与启示
6.4光电系统可靠性管理
6.4.1可靠性管理的重要性与内涵
6.4.2可靠性管理的特点
6.4.3可靠性管理中值得注意的几个问题
本章小结
习题
第7章光电系统环境应力筛选与可靠性保证试验
7.1环境应力筛选原理
7.2环境应力筛选与有关工作的关系
7.2.1环境应力筛选与环境试验
7.2.2环境应力筛选与可靠性增长
7.2.3环境应力筛选与可靠性统计试验
7.2.4环境应力筛选与生产验收
7.3筛选用典型环境应力
7.3.1筛选度与故障率的计算
7.3.2多种应力的筛选效果比较
7.3.3试验用筛选应力的确定准则
7.4可靠性保证试验
7.4.1定量环境应力筛选的无故障检验试验
7.4.2可靠性保证试验方法
7.5试验方案举例
7.6环境应力筛选大纲
7.6.1筛选大纲的内容
7.6.2ESS大纲设计基本原则
7.6.3筛选等级的选择
7.6.4组件级筛选的优缺点
7.6.5单元级以上（含单元级）筛选的优缺点
7.6.6筛选等级的权衡
7.6.7基线筛选方案
7.7环境应力筛选的抽样和简化
7.7.1简化的概念
7.7.2简化方案的选择
7.8光电器件环境应力筛选
7.8.1一般要求
7.8.2详细要求
7.9其他
本章小结
习题
第8章光电系统环境试验
8.1环境试验的种类和应用
8.2环境试验的顺序
8.3一般试验程序
8.4试验及检验规则
8.4.1产品的提交
8.4.2检验中的维护
8.4.3检验中断处理
8.5复杂光电产品检验方案的选择
8.5.1全数检验与抽样检验的特点
8.5.2复杂光电产品检验方案的选择
8.5.3需注意的几个问题
8.6温度试验
8.6.1温度试验类别
8.6.2温度试验的目的、条件及方法
8.6.3三项标准的应用与局限性
8.6.4发展动向
8.6.5其他标准规定的高低温试验
8.7湿热试验
8.8振动试验
8.9颠震试验
8.10冲击试验
8.11霉菌试验
8.12盐雾试验
8.13外壳防水试验
8.14太阳辐射试验
8.15其他试验
本章小结
习题
第9章光电系统可靠性鉴定试验
9.1可靠性试验概述
9.1.1可靠性试验的分类
9.1.2可靠性试验的特性
9.1.3各种可靠性试验用的环境条件比较
9.1.4可靠性试验的重点
9.1.5可靠性试验的总目标及其要素
9.1.6可靠性试验与相关试验的统筹安排
9.2指数寿命型假设的统计检验
9.3可靠性定时截尾鉴定试验
9.4可靠性定数截尾鉴定试验
9.5定时试验标准方案
9.6故障分类、判据、统计原则及加权
9.6.1故障分类与判据
9.6.2故障统计原则
9.6.3故障加权
9.7试验剖面与综合环境条件
9.8关于试验样机
9.9可靠性鉴定试验实施方法
9.9.1可靠性鉴定试验大纲
9.9.2受试装备
9.9.3综合环境应力
9.9.4试验中故障处理
9.9.5试验程序
本章小结
习题
第10章光电系统可靠性评估
10.1可靠性评估概述
10.2单元产品可靠性评估
10.2.1成败型单元产品可靠性评估
10.2.2指数寿命型单元产品可靠性评估
10.2.3韦布尔分布寿命型单元产品可靠性评估
10.2.4性能参数和正态、对数正态单元产品的可靠性评估
10.2.5产品结构可靠性评估
10.3系统可靠性综合评估
10.3.1评估注意事项
10.3.2综合评估CMSR方法
10.4威布尔分布检验
本章小结
习题
第11章光电系统软件可靠性
11.1软件可靠性定义和数学特征量
11.2软件可靠性特点及故障源分析
11.2.1软件可靠性特点
11.2.2软件故障源分析
11.3计算机系统的可靠性设计原则
11.3.1计算机系统的总体设计原则
11.3.2硬件设计原则
11.3.3软件设计原则
11.4软件可靠性设计与分析
11.4.1软件可靠性工作内容
11.4.2软件可靠性设计类型与Myers设计原则
11.4.3软件可靠性分析方法
11.4.4嵌入式软件可靠设计需注意的几个问题
11.5软件可靠性模型
11.5.1JM模型
11.5.2Nelson模型
11.6模型参数估值方法与软件可靠性数据收集
11.7软件可靠性模型的建立与评价标准
11.8光电系统软件可靠性评估的一般过程及软件可靠性试验
11.8.1光电系统软件评估的一般过程的基本步骤
11.8.2软件可靠性试验
11.9软件过程与软件质量分析
11.9.1不成熟和成熟软件组织的比较
11.9.2软件过程成熟度等级
11.9.3软件质量的度量分析
11.9.4软件工程的目的与软件质量
11.9.5软件开发工程与软件质量
11.9.6软件质量的重要性
11.10软件管理与软件可靠性管理
本章小结
习题
第12章光电系统软件测试
12.1软件测试对提高软件可靠性的作用
12.2软件测试的分类、目的、引用标准和特性分析
12.2.1软件测试的分类
12.2.2测试目的
12.2.3引用标准
12.2.4特性分析
12.3软件测试的一般要求
12.3.1测试机构和环境的要求
12.3.2对被测试软件的要求
12.3.3对不同等级软件的测试要求
12.3.4测试工作流程
12.4软件测试有关事项
12.4.1代码审查要求及方法
12.4.2软部件内存使用缺陷测试
12.4.3确认测试阶段的文档审查
12.4.4余量测试
12.4.5边界测试
12.4.6可恢复性测试
12.4.7确认测试用例设计原则
12.4.8系统测试通过准则
12.5嵌入式软件测试
12.5.1嵌入式软件测试的关键技术
12.5.2嵌入式软件测试系统结构框图
12.6软件可靠性测试及软件维护
本章小结
习题
参考文献
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前言
产品环境与可靠性问题起始于20世纪20年代，经过了一个较长的认识和熟悉过程，由于科学技术的进步、战争的需要、国民经济的发展和人民生活的需要，逐渐形成了以电子系统为主要研究对象，其次是机械、机电系统为研究对象的可靠性工程理论。而作为光电系统环境与可靠性的工程技术理论，国内外近些年才开始逐渐实用化研究与应用，至今无论从理论体系，还是工程应用，都还有很多问题值得深入系统地研究和探索。
随着光电技术的迅速发展，相应产业群日益蓬勃，光电系统在军、民用诸多领域的应用越来越广泛。在军事上，由于其目标探测方式可以采用被动式，因而具有很强的抗电子干扰能力和图像直观等优点，在现代战争中可以发挥重要作用。在民用领域，各式各样的光电系统对国民经济的发展也发挥越来越重要的作用。但是，具有先进性能的光电系统往往比较复杂，技术含量高，使用环境也越来越严酷，在实际使用时，其可靠性难以达到应有的水平，制约系统性能的发挥。当可靠性问题严重时，将直接影响任务的顺利完成，或减弱其经济效能，甚至带来不可弥补的损失。因此，人们对光电系统性能、可靠性的要求越来越高，为了满足不断增长的使用要求，提高和保障系统可靠性水平是十分必要的，而掌握系统可靠性工程技术是其基本途径和重要手段。
光电系统装备、设备的环境适应性和可靠性是其产品质量的重要内核和指标，也是产品设计、研制、制造等方面必须同时考虑的重要技术问题。可靠性的高低直接表征着产品质量的优劣，而环境对光电系统的可靠性具有重要的影响。因此，无论从光电科学与技术的发展，还是从光电产品质量、光电产业工程实际着眼，都可以看出，军、民用光电行业急需光电系统环境与可靠性工程技术的普及和深入。
然而，目前介绍电子系统可靠性和机械系统可靠性的书籍较多，其实际工程开展得也较多。相比较而言，由于光电系统牵涉光学、机械、电子、计算机软硬件、控制等方面的多学科内容，往往比较复杂，其可靠性从理论到实践，都有待进一步广泛而深入地研究，实际工程开展得也不够。尤其是针对光电系统，把环境和可靠性结合起来进行综合研究探讨的书籍鲜少见到。国内高校为光电信息科学与工程专业本科生和光学工程专业研究生，很少开设光电系统环境与可靠性工程技术之类的专业课或选修课，也没有为该专业课程编著相应的教材。这不仅与社会实际需求严重脱节，而且也与多年来国外许多高水平大学光电类工程专业普遍开设有此类课程而形成鲜明对比。为此，作者尝试怀揣浅陋之见，基于多维度、大纵深、取材科研、源于工程、突出重点、应用性强的出发点，编著此书。
为此，本书以环境工程理论和可靠性工程理论为基础，结合光电系统技术，以及电子系统可靠性工程的相关理论和方法，较全面地论述并研究了光电系统的环境因素与可靠性之间的多种关系，光电系统环境工程基础、可靠性基础、环境对系统可靠性的影响与抗恶劣环境设计、环境对光电系统性能的影响，以及光电系统可靠性设计、可靠性增长、可靠性管理、环境应力筛选与可靠性保证试验、环境试验、可靠性鉴定验收试验、可靠性评估、软件可靠性及软件测试等方面的工程技术内容。由于环境与可靠性问题往往发端于军事需求，军事上对系统抗恶劣环境和可靠性提出更高的要求，因此，本书对军用光电系统环境与可靠性的问题及其实际解决途径，也进行了一些涉及、探讨与论述。
作者从20世纪90年初期开始，主持并参加了多项光电装备军用光电装备的环境与可靠性科研工作，以及装备软件管理、软件可靠性、软件测试等工作。同时，还负责过多型光电装备的设计、研制、内外场试验等工作，长期亲历相关工程实践。因此，本书融合了基础理论、实际工程以及作者的科研成果、经验、心得体会，可作为高等院校光电信息科学与工程专业高年级本科生和光学工程专业研究生的教材，或相关专业的参考教材。也可供光电行业及其相关领域的科技人员和管理人员学习、参考、借鉴。对于光电系统环境与可靠性的深入研究、工程实践，提高光电系统的可靠性，具有重要的意义和作用。对尽快培养、形成大批高层次、综合性的技术与管理人才，以及新工科课程建设的需要，将发挥积极的作用。
应该指出的是，在成书过程中，还参考了许多文献资料，在此对这些资料的作者表示衷心的感谢。本书属于多学科交叉著作，希望其出版能起到抛砖引玉的作用。
由于作者水平和成书时间有限，技术、标准等内容发展较快，书中不足和错误之处在所难免，敬请读者批评指正。
吴晗平2018年2月于武汉工程大学光电子系统技术研究所
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