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文献综述： |
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一、研究背景 随着计算机水平和科学技术的快速发展，建模与仿真(Mamp;S:Modeling and Simulation)技术得到不断的发展，而且仿真系统也越来越复杂。仿真具有安全、可靠、可重复性等优点，目前广泛应用在医学、军事、航空航天等复杂领域。由于可节省开支、缩短开发周期而且不受环境影响，因此重要性在不断增加。但是由于建模与仿真受各种客观条件的限制而且获得的信息可能不完全，因此所建模型是否能够代表真实系统，在多大程度上代表真实系统，越来越受到人们的关注。评价仿真真实度的指标就是仿真可信度。 经过国内外很多可信度评估研究人员多年的研究，可信度的概念和技术都己经有了较大发展。随着仿真系统的发展，系统越来越复杂、规模越来越大，如何对复杂仿真系统（例如HLA分布式仿真系统）进行可信度评估，成为人们日益关注的一个问题。这个问题涉及很多方面，概念、方法和技术都要进行更进一步研究，这也是今后仿真工作的一个重点。 仿真过程包括三个主要的步骤：建模、仿真与系统分析，主要涉及四个方面：系统，仿真，评估和应用。这四个方面相互依赖和影响，形成一个整体。系统包括仿真系统和真实系统，不同的问题作用域代表不同的内容。真实系统是仿真建模的研究对象，其原理，功能和结构是模型和仿真系统的建立的依据。仿真系统是由模型、数据和仿真平台组成的综合系统，是进行仿真活动的主要工具。仿真是通过建立系统模型，并基于所建模型对系统进行研究分析的过程和方法。评估是通过将仿真所得的数据、现象和规律同真实世界相比较，并结合真实系统和仿真系统的数据、规律现象进行分析，结合特定的仿真目的，对仿真系统的全生命周期进行评估，以确定仿真系统的仿真可信性。应用则是将仿真研究分析所获得的数据和结论，结合评估结果，服务于真实系统的研究，开发和应用。 本课题提出的复杂产品仿真可信度评估工具旨在设计出一套面向多领域多学科的通用仿真可信度评估工具，可以按照使用者需求，针对不同类型的仿真，进行可信度的评估分析。因此需要做到仿真全生命周期的自定义和可重用，针对不同仿真过程，评估工具具有足够的灵活性，应对多变的仿真特性。 二、相关技术及研究现状 1.仿真系统评估方法 美国国防部总结了可用于仿真系统的校核与验证方法。这些方法的来源主要是软件测试、系统评估及统计技术等领域，其中统计技术一项又包括种用于验证的方法。这种校核验证方法按照它们各自的特点，可分为非正式方法、正式方法、静态方法和动态方法四大类： 非正式方法，是中最常用的方法，其特点是简单快捷，应用得当的话非常有效但它的缺点是严重依赖于人的推理与主观判断； 正式方法，基于严格的数学分析和推理，是最有效最科学的证明方法但由于正式证明技术的局限性，它只能适用于较为简单的系统； 静态方法，用于评估静态模型的设计和源代码，它不需要模型的机器执行，通常采用人工的方式或借助静态分析工具进行，如编程环境的编译器和OMDT的Consisitence Checker就是很好的静态校核工具; 动态方法，建立在模型执行的基础上，通过分析模型执行的数据与结果评估模型和仿真的正确性、有效性动态方法涉及的数据和环节众多，大多数动态方法需要借助模型探测器、数据采集工具和数据分析与处理软件进行。
2.定性定量综合集成方法 定量方法建立在客观主义的基础上，对对象的抽象化认识，采用数量度量或统计技术加以描述，并采用明确的量化方式表达，具有通用性、严格性和可验证性的特点。 定性方法建立在主观主义的基础上，对于一些不能采用数量描述的对象的研究方法。 综合集成方法通过将科学理论（如VVamp;A理论、可信性评估理论）、经验知识和判断力相结合，形成和提出经验性假设，再利用计算机技术，实现以人为主，通过人机交互、反复对比、逐次逼近，实现从定性到定量的认识，从而对经验性假设做出明确的科学结论。 对于仿真标准评估的方法而言，主要有层次分析法、模糊综合评判法、模糊层次分析法、灰色综合评估法、相似度评判法、基于置信度评估法、基于逼真度评估法和人工神经网络方法等。 3.模型校核常用方法 对于建模方面我们分为概念模型，数学模型及仿真模型。校核概念模型主要根据过程的需求，检查概念模型的完整性、正确性。校核概念模型是否符合并正确描述了开发的目标，以及建立概念模型时使用的假设和理论是否合理。主要使用的方法为专家评估法、审核、检查、逐项检查需求文档等。 数学模型的校核以概念模型的校核结论为基础，只有概念模型正确，数学模型的校核才有意义。如主要校核数学公式的推导是否准确，一些忽略的次要因素是否合理以及所建立的数学模型是否可以实现等，可采用专家评判法或直接对比法。 校核仿真模型主要是检验仿真程序代码的稳定性、收敛性、可扩展性等，以及实现的算法功能是否准确地代表开发者的要求。因此多使用一些软件工程的方法，如流程图分析、语义分析、语法分析、黑盒测试、一致性检查、性能测试等。针对仿真程序的模块化特点，本文主要采用静态分析法和动态分析法。静态分析法中主要采用走查法，即一步步的检查变量的定义，实现的功能等。动态分析法采用测试实例法，即设计几组数据包括边界值带入程序运行，看输出结果是否符合要求。 5.模型验证常用方法 验证是仿真的重要内容，最有效的方法就是在相同的输入条件下，以相似理论为基础，通过比较仿真输出与试验输出的时间序列，从而得出两序列的一致性水平。验证方法中基于时域的方法研究最成熟，主要包括数理统计方法和动态分析法。运用时域方法对阻拦仿真系统中各个性能指标进行验证，通过分析验证结果，对比各种时域方法的优缺点，研究适用范围。 数理统计方法是目前研究比较成熟的仿真模型验证方法，计算比较简单，而且易于编程实现。但是数理统计方法要求大量数据，而且要服从某一典型分布，这在实际系统中很难实现，使用时有一定的限制。常用的数理统计方法主要有：置信区间估计，矩估计、贝叶斯估计、T检验、皮尔逊x2拟合检验、F检验、U检验、符号检验、秩和检验、游程检验等。 动态关联分析法的基本思想是根据先验知识，提出关联性能指标，利用该性能指标对仿真输出和试验输出进行分析比较，定性给出仿真输出与试验输出的相容性程度。 虽然基于时域的验证方法比较成熟，但是使用范围受到了很多限制。频域方法将时域方法中受到的限制问题，如序列满足大样本、服从一定分布等，通过傅里叶变换或小波变换等，将时域变换到频域予以解决，因此频域方法是现在广泛使用的仿真模型验证方法。 基于频域的仿真模型验证方法主要包括谱分析法，时频分析法等。 6.模型确认常用方法 确认是权威机构对仿真系统相对预期应用是否可信、是否可接受的评估和认可过程，从本质上讲带有主观色彩，一般采用主观经验法如专家审查法，主观评价法等。 emsp; 三．参考文献 [1]胡晓惠,蓝国兴,申之明等.武器装备效能分析方法[M].北京:国防工业出版社,2008. [2]I.R.Johnson, N.J.Mac Kay.Lanchester Models and the Battle of Britain[J]. Naval Research Logistics,2008,58(3):210-222. [3]M.J.Artelli,R.F.Deckro. Modeling the Lanchester Laws with System Dynamics[J].The Journal of Defense Modeling and Simulation:Applications,Methodology, Technology,2008,5(1):1-20. [4]卿杜政，李伯虎，孙磊等. 基于组件的一体化建模仿真环境(CISE)研究[J].系统仿真学报,2008,20(4):900-904. [5]李伯虎，柴旭东，侯宝存等. 一种基于云计算理念的网络化建模与仿真平台[J].系统仿真学报,2009,21(7):5292-5299. [6]X.F.Cai, J.S.Song. Analysis of Complexity in Battlefield Electromagnetic Environment[C]. 4th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 2009:2440-2442. [7]J.Poropudas,K.Virtanen.Game-Theoretic Validation and Analysis of AirCombat Simulation Models[J]. IEEE transactions on systems, man, and cybernetics-Part A:system and humans,2010,40(5):1057-1070. [8]S.C.Park,Y.Kwon,K.Seong. Simulation framework for small scale engagement[J].Computers amp; Industrial Engineering,2010,59(3):463-472. [9]张杰,唐宏,苏凯等.效能评估方法研究[M].北京:国防工业出版社,2009. [10]杨明,张冰,马萍.仿真系统发展的五大关键问题[J].系统仿真学报,2003,(15):1506-1508. [11]李刚,师颖,刘兴堂,胡小江.基于神经网络的复杂仿真系统验证方法[J].计算机仿真,2011,28(8):98-102. [12]刘飞,杨明,孙国兵,王子才.分布式仿真系统验证工具设计与开发[J].江苏大学学报,2006,27(3):258-261. [13]贾蓉珍,刘丽,王行仁.仿真系统的校核与验证的自测软件[J].系统仿真学报,2000,12(6):617-620. [14]焦鹏. 制导仿真系统VVamp;A的理论、方法和软件工具研究[D].国防科学技术大学研究生院,2004,11:21-25. [15]王石,伍丁红,戴金海.基于Bayes网的武器装备仿真可信度评估[J].系统仿真学报,2011,23(6):1082-1085. |
