方差分析法在制导仿真系统VV&A中的应用

如何提高仿真系统的可信度，对于仿真系统开发者和用户来说都是一项项十分关心的事务。vv＆a贯穿于整个仿真系统开发过程，它是对建模和仿真结果进行校核、验证和确认的一种技术，vv＆a的提出为保证仿真系统的可信度提供了理论和技术支持，但由于仿真系统的复杂性和vv＆a的发展现状，vv＆a过程中难免会犯各种错误，本文针对vv＆a中经常出现的三类错误分析。

为了确保hla仿真系统的可信性,在系统的建模与仿真全生命周期中进行vv&a研究,意义非常重大。介绍了基于仿真组件构建的hla仿真系统的体系结构,从仿真组件层、联邦成员层和仿真联邦层三个层面展开vv&a研究,重点介绍了仿真组件层和仿真联邦层的vv&a工作。这些研究在xxx反舰导弹突防联邦得到了应用。对基于仿真组件构建的hla仿真系统进行vv&a研究,将对系统的开发和改进有一定的帮助,能够在一定程度上起到提高联邦可信度的作用。

针对潜艇指控算法研究对综合声纳仿真软件的逼真度要求,采用vv&a的技术方法对软件循序进行了校验工作:首先对软件按功能模块进行功能校核;然后依据设备工作流程对声纳仿真模型进行验证;最后构建联机测试系统,输入实测海试数据对输出的仿真误差和海试误差进行统计分析,并在此过程中发现、定位和修改了一些不足之处。验证结果证明仿真软件满足设备各项战技指标要求,且符合实测海试数据特性,能够满足潜艇指控算法研制的需求。

为了确保复杂大系统仿真(lcss)的可信性,应该在建模与仿真(m&s)的全生命周期中开展校核、验证与确认(vv&a)研究。对lcss的vv&a进行了理论研究,提出其方法论与原则;以基于仿真组件构建的hla仿真系统为例,从仿真组件层、联邦成员层及联邦层三个层面研究了vv&a过程,并将这些研究应用于反舰导弹突防联邦仿真中。实践表明,研究对lcss的vv&a工作具有很好的指导作用,有力地保障了仿真的可信性。

本文在研究建模与仿真系统vv&a概念和特点的基础上,提出了提高vv&a可信度和效率的有关措施。

1引言最近几年,开发者在软件分析、设计、测试等阶段积极地应用建模与仿真(m＆s,modelingandsimulation)技术。然而,一个值得关注的问题就是仿真可信度(credibility)问题,没有可信度的仿真是没有意义的。在建模与仿真过程中,人们开始考虑一些问题,诸如:仿真模型是否真正地代表了真实世界;仿真模型产生的输出数据是否和真实世界一样;仿真模型是否具有高可靠性等。因此,建模与仿真本身的可信度评估便成为了一个不可回避的问题。目前国内外关于建模与仿真的可信度评估主要是围绕m＆s的校核、验证与确认(verification、validation、andaccreditation,简称vv＆a)而进行的。

hla仿真系统的校核、验证与确认(vv&a)过程依赖于hla的fedep过程描述,并围绕fedep过程展开。其步骤分为:定义联邦目标,进行慨念型分析,设计联邦,开发联邦,计划、集成并测试联邦,运行联邦准备输出,分析数据、评估结果。过程包括:目标校核、一致性校核、概念模型验证、设计校核、联邦验证、确认决策、事后执行并归档。

建模与仿真生命周期中的VV&A

vv&a(verification,validationandaccreditation)是仿真建模可信度评估工作的基础,vv&a工作是建模仿真必不可缺的一部分。vv&a标准化对vv&a工作的推进意义重大。介绍了国际上当前主要的vv&a标准化工作,包括美国国防部vv&a建议规范系列,ieee1278.4规范,thalesjp11.20revva项目,itopv&v项目,sisovv&aoverlay项目和msg-019/tg-016项目等,并对它们的vv&a角色定义、vv&a过程定义以及核心思想、方法论等方面进行了详细的比较,最后,分析这些标准的特点、相互关系、发展方向和对我们的借鉴意义。

通过借鉴国内外在该领域的研究成果,提出了建模与仿真vv&a原则。该文在国内首次对建模与仿真vv&a原则进行了详细的论述。

在深入研究vv&a过程模型的基础上,建立了仿真和建模vv&a工具设计方案,详细介绍了各个模块的功能、相互之间的关系及工作流程。应用odbc互连技术实现接口间的通信,将vv&a工具应用于实际工程中,取得了令人满意的结果,从而有效提高了仿真vv&a过程的经济性和快捷性。

vv&a是风险驱动的,fmeca是常用的风险分析方法。将两者进行结合,提出一种面向建模与仿真的fmeca方法——simfmeca。首先对fmeca分析表格和过程进行扩展,然后分析一般仿真系统的fmi(failuremodeidentification)框架,并给出风险和危害度评定方法,由此确定所需的vv&a投入,包括vv&a等级以及必需的vv&a活动,最后给出该方法的应用实例。simfmeca是一种定性的方法,具有花费成本低和易于实施的特点。

vv&a是当前建模与仿真研究的主要热点之一。随着科学技术的发展,仿真对象由一般系统发展到复杂系统,系统建模与仿真的校核、验证和确认(vv&a)的重要性越发突出。本文追踪了国内外vv&a研究进展,介绍了vv&a的相关概念、基本原则、技术方法和仿真系统的vv&a过程,指出了国内vv&a研究存在问题和发展方向。

分析了传统的价值树分析方法在属性评价数据的确认过程中的缺陷和不足,通过引入可代偿系数,解决不同属性间可代偿性问题。提出了一种新的改进的属性数据确认算法,并利用matlab对算法进行了实现,给出了应用实例。实验证明,该算法能更有效地解决传统算法中评价值不确定、属性代偿和专家意见描述不明确等问题。

hla作为一个新的仿真技术框架,较dis系统更具有灵活性、可扩充性、互操作性和可重用性,因此更适合于建立大型复杂分布交互仿真系统,对hla系统的校核、验证和确认技术对于提高仿真系统的置信度显得尤为重要。介绍了hla系统的标准开发过程模型fedep,讨论了覆盖于fedep上的vv&a九步过程模型,分析了vv&a活动与联邦逼真度评估的关系。最后进行了总结

为了对建模与仿真(modelingandsimulation,m&s)以及校核、验证与确认(verification、validationandaccreditaion,vv&a)活动的全生命周期予以有效管理,提高建模与仿真的可信性,设计了建模与仿真及vv&a管理系统(modeling＆simulationandvv&amanagementsystem,msvms)。msvms以一套完备的m&s及vv&a信息管理分布式数据库为核心,采用对m&s及vv&a开发应用过程中各种状态信息与事件信息记录的方式,对m&s以及vv&a全生命周期进行管理,并具有通用性和灵活性的特点。该系统已经成功用于管理某型地空导弹建模与仿真试验,为整个系统的确认与验收提供了有益的帮助。

以某半实物仿真系统为例,首先面向vv&a过程建立了影响其可信度的指标体系,该指标体系不但层次清晰,而且很容易发现可信度较低的指标对应的具体建模环节,方便进行相应的修改,节省了时间和工作量.然后基于层次分析法以及模糊综合评判法的优点,综合各种v&v结论对其进行了可信度评估,并得到了量化的可信度结果.该方法具有直观、条理性强、易于实现等优点,且实际应用表明评估结果可信、可靠,验证了此方法的有效性,具有一定的实际应用价值.

针对m&s可靠性问题,提出一种风险/效益分析方法,用于实现vv&a活动选择的最优化,主要工作有:提出模型与仿真(m&s)的风险与效益在特定应用背景下可通过影响级别及其发生概率进行量化,进而确定m&s的可靠性级别;提出可靠性级别可以确保m&s的最小化风险和最大效益,依据所要求的可靠性级别从一系列标准化的vv&a活动中选择出最合适的组合,以实现所选择的vv&a活动的正确性并可以监控风险/效益的变化对vv&a需求的影响。

基本对象模型(bom)是siso提出的标准化仿真模型组件的描述规范,基于bom的hla仿真系统可以从仿真模型组件层面上提高系统的重用性和互操作性。vv&a过程的探究有助于vv&a工作的开展和规范。介绍了bom在hla应用中的体系结构,并简要提出基于bom的hla仿真系统的开发步骤,最后对该类仿真系统的vv&a过程展开研究,重点研究了用户模型、仿真模型组件及联邦成员三者的v&v。实践表明:提出的vv&a过程切实可行,对vv&a工作起到了很好的指导作用。

根据国内外仿真可信度及仿真系统的校核、验证与确认(verificationvalidationandaccreditation,vv&a)的研究现状,探讨了仿真可信度评估理论,重点研究了仿真可信度的概念和性质,仿真系统可信度评估的原则以及仿真可信度与仿真系统的校核、验证与确认(vv&a)之间的关系。同时,该文还运用一个简单的例子就仿真系统可信度评估与仿真系统的校核、验证与确认(vv&a)之间的关系作了一个简单、明确的阐述,使大家对仿真系统可信度评估与仿真系统的校核、验证与确认(vv&a)有一个更加清楚的认识。

对联邦的vv&a不仅能够使每一步的工作得到跟踪和衡量,还使每一步能够减少多余的工作量,巩固需要加强的工作,明确开发人员的角色和职责,从而使人力、时间、资金等资源得到更加有效率的利用,仿真的结果变得更加可预测和准确,在很大程度上减少了编程的风险。联邦成员描述了仿真模型的各对象类、交互类、相关的属性、参数等信息,而联邦是各联邦成员的有机集成,构成具有特定功能的仿真系统。因此,联邦成员的正确性是联邦正确性的前提,决定了仿真系统的成败。在vv&a的过程中,最好采用一些自动化工具以便于工作,同时要根据具体仿真系统的实际情况来确定vv&a所需要作的工作。

在国外,尤其是美国,建模与仿真(modelingandsimulation,m＆s)及校核、验证与确认(verification,validationandaccreditation,vv＆a)相关概念、定义和术语的研究已趋于成熟。我国目前在该领域的研究仍是空白。通过研究国内外大量相关资料,深入分析了建模与仿真vv＆a概念、定义和术语研究的重要意义;根据建立定义和术语的一般原则,为部分概念撰写定义,并赋予每个概念指称,同时也分析了常见的一些不恰当的术语。这不仅有助于人们对建模与仿真vv＆a概念性研究引起重视;而且也有助于人们进行建模与仿真vv＆a相关概念、定义和术语的研究。