如何提高仿真系統的可信度，對于仿真系統開發(fā)者和用戶來說都是一項項十分關心的事務。vv＆a貫穿于整個仿真系統開發(fā)過程，它是對建模和仿真結果進行校核、驗證和確認的一種技術，vv＆a的提出為保證仿真系統的可信度提供了理論和技術支持，但由于仿真系統的復雜性和vv＆a的發(fā)展現狀，vv＆a過程中難免會犯各種錯誤，本文針對vv＆a中經常出現的三類錯誤分析。

為了確保hla仿真系統的可信性,在系統的建模與仿真全生命周期中進行vv&a研究,意義非常重大。介紹了基于仿真組件構建的hla仿真系統的體系結構,從仿真組件層、聯邦成員層和仿真聯邦層三個層面展開vv&a研究,重點介紹了仿真組件層和仿真聯邦層的vv&a工作。這些研究在xxx反艦導彈突防聯邦得到了應用。對基于仿真組件構建的hla仿真系統進行vv&a研究,將對系統的開發(fā)和改進有一定的幫助,能夠在一定程度上起到提高聯邦可信度的作用。

針對潛艇指控算法研究對綜合聲納仿真軟件的逼真度要求,采用vv&a的技術方法對軟件循序進行了校驗工作:首先對軟件按功能模塊進行功能校核;然后依據設備工作流程對聲納仿真模型進行驗證;最后構建聯機測試系統,輸入實測海試數據對輸出的仿真誤差和海試誤差進行統計分析,并在此過程中發(fā)現、定位和修改了一些不足之處。驗證結果證明仿真軟件滿足設備各項戰(zhàn)技指標要求,且符合實測海試數據特性,能夠滿足潛艇指控算法研制的需求。

為了確保復雜大系統仿真(lcss)的可信性,應該在建模與仿真(m&s)的全生命周期中開展校核、驗證與確認(vv&a)研究。對lcss的vv&a進行了理論研究,提出其方法論與原則;以基于仿真組件構建的hla仿真系統為例,從仿真組件層、聯邦成員層及聯邦層三個層面研究了vv&a過程,并將這些研究應用于反艦導彈突防聯邦仿真中。實踐表明,研究對lcss的vv&a工作具有很好的指導作用,有力地保障了仿真的可信性。

本文在研究建模與仿真系統vv&a概念和特點的基礎上,提出了提高vv&a可信度和效率的有關措施。

1引言最近幾年,開發(fā)者在軟件分析、設計、測試等階段積極地應用建模與仿真(m＆s,modelingandsimulation)技術。然而,一個值得關注的問題就是仿真可信度(credibility)問題,沒有可信度的仿真是沒有意義的。在建模與仿真過程中,人們開始考慮一些問題,諸如:仿真模型是否真正地代表了真實世界;仿真模型產生的輸出數據是否和真實世界一樣;仿真模型是否具有高可靠性等。因此,建模與仿真本身的可信度評估便成為了一個不可回避的問題。目前國內外關于建模與仿真的可信度評估主要是圍繞m＆s的校核、驗證與確認(verification、validation、andaccreditation,簡稱vv＆a)而進行的。

hla仿真系統的校核、驗證與確認(vv&a)過程依賴于hla的fedep過程描述,并圍繞fedep過程展開。其步驟分為:定義聯邦目標,進行慨念型分析,設計聯邦,開發(fā)聯邦,計劃、集成并測試聯邦,運行聯邦準備輸出,分析數據、評估結果。過程包括:目標校核、一致性校核、概念模型驗證、設計校核、聯邦驗證、確認決策、事后執(zhí)行并歸檔。

建模與仿真生命周期中的VV&A

vv&a(verification,validationandaccreditation)是仿真建模可信度評估工作的基礎,vv&a工作是建模仿真必不可缺的一部分。vv&a標準化對vv&a工作的推進意義重大。介紹了國際上當前主要的vv&a標準化工作,包括美國國防部vv&a建議規(guī)范系列,ieee1278.4規(guī)范,thalesjp11.20revva項目,itopv&v項目,sisovv&aoverlay項目和msg-019/tg-016項目等,并對它們的vv&a角色定義、vv&a過程定義以及核心思想、方法論等方面進行了詳細的比較,最后,分析這些標準的特點、相互關系、發(fā)展方向和對我們的借鑒意義。

通過借鑒國內外在該領域的研究成果,提出了建模與仿真vv&a原則。該文在國內首次對建模與仿真vv&a原則進行了詳細的論述。

在深入研究vv&a過程模型的基礎上,建立了仿真和建模vv&a工具設計方案,詳細介紹了各個模塊的功能、相互之間的關系及工作流程。應用odbc互連技術實現接口間的通信,將vv&a工具應用于實際工程中,取得了令人滿意的結果,從而有效提高了仿真vv&a過程的經濟性和快捷性。

vv&a是風險驅動的,fmeca是常用的風險分析方法。將兩者進行結合,提出一種面向建模與仿真的fmeca方法——simfmeca。首先對fmeca分析表格和過程進行擴展,然后分析一般仿真系統的fmi(failuremodeidentification)框架,并給出風險和危害度評定方法,由此確定所需的vv&a投入,包括vv&a等級以及必需的vv&a活動,最后給出該方法的應用實例。simfmeca是一種定性的方法,具有花費成本低和易于實施的特點。

vv&a是當前建模與仿真研究的主要熱點之一。隨著科學技術的發(fā)展,仿真對象由一般系統發(fā)展到復雜系統,系統建模與仿真的校核、驗證和確認(vv&a)的重要性越發(fā)突出。本文追蹤了國內外vv&a研究進展,介紹了vv&a的相關概念、基本原則、技術方法和仿真系統的vv&a過程,指出了國內vv&a研究存在問題和發(fā)展方向。

分析了傳統的價值樹分析方法在屬性評價數據的確認過程中的缺陷和不足,通過引入可代償系數,解決不同屬性間可代償性問題。提出了一種新的改進的屬性數據確認算法,并利用matlab對算法進行了實現,給出了應用實例。實驗證明,該算法能更有效地解決傳統算法中評價值不確定、屬性代償和專家意見描述不明確等問題。

hla作為一個新的仿真技術框架,較dis系統更具有靈活性、可擴充性、互操作性和可重用性,因此更適合于建立大型復雜分布交互仿真系統,對hla系統的校核、驗證和確認技術對于提高仿真系統的置信度顯得尤為重要。介紹了hla系統的標準開發(fā)過程模型fedep,討論了覆蓋于fedep上的vv&a九步過程模型,分析了vv&a活動與聯邦逼真度評估的關系。最后進行了總結

為了對建模與仿真(modelingandsimulation,m&s)以及校核、驗證與確認(verification、validationandaccreditaion,vv&a)活動的全生命周期予以有效管理,提高建模與仿真的可信性,設計了建模與仿真及vv&a管理系統(modeling＆simulationandvv&amanagementsystem,msvms)。msvms以一套完備的m&s及vv&a信息管理分布式數據庫為核心,采用對m&s及vv&a開發(fā)應用過程中各種狀態(tài)信息與事件信息記錄的方式,對m&s以及vv&a全生命周期進行管理,并具有通用性和靈活性的特點。該系統已經成功用于管理某型地空導彈建模與仿真試驗,為整個系統的確認與驗收提供了有益的幫助。

以某半實物仿真系統為例,首先面向vv&a過程建立了影響其可信度的指標體系,該指標體系不但層次清晰,而且很容易發(fā)現可信度較低的指標對應的具體建模環(huán)節(jié),方便進行相應的修改,節(jié)省了時間和工作量.然后基于層次分析法以及模糊綜合評判法的優(yōu)點,綜合各種v&v結論對其進行了可信度評估,并得到了量化的可信度結果.該方法具有直觀、條理性強、易于實現等優(yōu)點,且實際應用表明評估結果可信、可靠,驗證了此方法的有效性,具有一定的實際應用價值.

基本對象模型(bom)是siso提出的標準化仿真模型組件的描述規(guī)范,基于bom的hla仿真系統可以從仿真模型組件層面上提高系統的重用性和互操作性。vv&a過程的探究有助于vv&a工作的開展和規(guī)范。介紹了bom在hla應用中的體系結構,并簡要提出基于bom的hla仿真系統的開發(fā)步驟,最后對該類仿真系統的vv&a過程展開研究,重點研究了用戶模型、仿真模型組件及聯邦成員三者的v&v。實踐表明:提出的vv&a過程切實可行,對vv&a工作起到了很好的指導作用。

對聯邦的vv&a不僅能夠使每一步的工作得到跟蹤和衡量,還使每一步能夠減少多余的工作量,鞏固需要加強的工作,明確開發(fā)人員的角色和職責,從而使人力、時間、資金等資源得到更加有效率的利用,仿真的結果變得更加可預測和準確,在很大程度上減少了編程的風險。聯邦成員描述了仿真模型的各對象類、交互類、相關的屬性、參數等信息,而聯邦是各聯邦成員的有機集成,構成具有特定功能的仿真系統。因此,聯邦成員的正確性是聯邦正確性的前提,決定了仿真系統的成敗。在vv&a的過程中,最好采用一些自動化工具以便于工作,同時要根據具體仿真系統的實際情況來確定vv&a所需要作的工作。

在國外,尤其是美國,建模與仿真(modelingandsimulation,m＆s)及校核、驗證與確認(verification,validationandaccreditation,vv＆a)相關概念、定義和術語的研究已趨于成熟。我國目前在該領域的研究仍是空白。通過研究國內外大量相關資料,深入分析了建模與仿真vv＆a概念、定義和術語研究的重要意義;根據建立定義和術語的一般原則,為部分概念撰寫定義,并賦予每個概念指稱,同時也分析了常見的一些不恰當的術語。這不僅有助于人們對建模與仿真vv＆a概念性研究引起重視;而且也有助于人們進行建模與仿真vv＆a相關概念、定義和術語的研究。

通過分析飛航導彈攻防對抗仿真系統的特點,構建了系統的模型框架,并重點針對模型可信度低的不足,從vv&a研究的方法、原則、系統的仿真過程和可視化應用等方面做了理論探討,為開展飛航導彈攻防對抗仿真系統的后續(xù)工作奠定了基礎.

在建模的過程中,數據在一定程度上決定了我們建立的模型能否真實地反映實際;因此,所用的數據是不是正確就是建模成功與否的關鍵。該文首先介紹了建模與仿真過程中數據的概念和分類;接著討論了數據校核、驗證和確認的概念,并簡要地介紹了數據校核、驗證和確認的一般過程和方法。最后,給出了數據校核、驗證和確認的一個實例。