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导弹制导仿真系统VV&A理论和方法研究

作　者: 焦鹏
导　师: 查亚兵
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 导弹制导仿真系统校核、验证与确认可信性一体化校核与验证过程数据预处理误差分析可信性评估云模型
分类号: TJ765
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

仿真系统VV&A是系统仿真理论与应用研究的重要内容。论文主要以导弹制导仿真系统为背景,以评估和保证仿真系统的可信性和可用性为目标,以“理论-方法-工具”为主线展开研究。对导弹制导仿真系统的一体化V&V过程进行了详细设计,研究了一体化V&V过程的管理机制。基于导弹制导仿真系统一体化V&V过程的主要思想,针对一体化V&V过程中的仿真需求校核、概念模型验证、数学仿真系统V&V、半实物仿真系统V&V、伴随型号研制的验证等主要环节,重点对V&V任务、V&V人员、V&V方法等内容进行了研究;针对一体化V&V过程中的人员和资源管理机制,探讨和研究了V&V参与人员及其职责、数据资源分类管理两个问题。在分析现有V&V方法适用性的基础上,基于相似原理和小波理论,提出了两种动态结果验证方法。其中,基于相似原理,研究了能够适用于静态和动态两类仿真结果的统计相似分析方法;通过小波方差的特性分析,提出了基于小波方差的动态结果验证方法,重点对小波方差的估计方法、统计分布以及基于小波方差的验证过程进行了研究。从各种仿真结果验证方法的要求出发,研究了面向结果验证的试验数据预处理过程;基于小波方差和信号奇异点影响锥的性质,提出了一种新的数据去噪方法,重点对最优小波分解层数、奇异点的搜索和定位、以及基于奇异点影响锥的小波系数处理等问题进行了研究,并基于Matlab仿真环境对算法的去噪误差以及信噪比等性能指标进行了分析。以某红外成像制导半实物仿真系统为背景,分析并建立了系统中主要误差源的误差模型,研究了误差影响分析方法和误差影响下仿真结果的置信估计方法。在误差影响分析方法指导下,分析了三轴姿态模拟转台、两轴目标运动转台、负载模拟器、气动力及气动力矩仿真模型等主要误差源对仿真结果的影响程度,为日后新研设备的精度分配提供了直接依据;基于统计分析思想,提出了误差影响下的仿真结果置信估计方法,并基于估计得到的置信区间对仿真结果的置信度进行了分析。以评估导弹制导仿真系统的总体可信度为目标,基于云模型和云理论,提出了定性和定量VV&A结果综合的两种不同思路。一是先将定性VV&A结果定量化,然后基于定量结果评估仿真系统的总体可信度,在此基础上重点对定性结果的量化规则、云滴的转化方法以及评价云模型的拟合方法等内容进行了研究,提出了定性结果的综合量化方法;二是基于云理论研究了新的可信度综合评估方法,通过定性和定量VV&A结果云化、权重云模型构建、云化结果综合等步骤,实现对仿真系统总体可信度的评估。为了指导、管理和辅助导弹制导仿真系统的VV&A工作,设计开发了包括三大模块的VV&A平台。其中,VV&A管理平台以VV&A过程的图形化设计和管理为主线,同时实现了人员组织管理、任务管理、文档管理等功能;数据管理平台主要包括各种数据资源的存储、导入/导出、查询、备份/恢复以及用户的权限管理等功能;V&V工具平台通过方法库、数据向导、V&V向导、图形浏览、文档生成等功能模块,实现了“数据查询与导入-数据分析与处理-分析结果显示-工作报告自动生成”的一体化工作流程。最后,基于VV&A平台,以某制导仿真系统为背景进行了典型应用。

全文目录

摘要  10-12
Abstract  12-14
第一章绪论  14-28
  1.1 研究背景  14-16
  1.2 国内外研究现状  16-24
    1.2.1 VV&A理论及规范研究  16-20
    1.2.2 VV&A及可信度评估方法研究  20-22
    1.2.3 VV&A工具及应用研究  22-24
  1.3 论文的研究内容、主要贡献和组织结构  24-28
    1.3.1 论文的研究内容  24-25
    1.3.2 论文的主要贡献  25-26
    1.3.3 论文的组织结构  26-28
第二章导弹制导仿真系统的一体化V&V过程研究与设计  28-45
  2.1 引言  28
  2.2 一体化V& V过程及其主要思想  28-30
  2.3 T&EOSDP过程的研究与设计  30-38
    2.3.1 仿真需求校核  30-32
    2.3.2 概念模型验证  32-33
    2.3.3 数学仿真系统V& V  33-35
    2.3.4 半实物仿真系统V& V  35-38
  2.4 VOMDP过程的研究与设计  38-41
  2.5 一体化V& V过程的管理机制研究  41-44
    2.5.1 V& V角色及其主要职责  41-43
    2.5.2 数据资源的分类管理  43-44
  2.6 小结  44-45
第三章导弹制导仿真系统的V&V方法研究  45-61
  3.1 引言  45
  3.2 导弹制导仿真系统V& V方法分类及适用性研究  45-51
    3.2.1 基础型V& V方法  45-46
    3.2.2 分析测试型方法  46-48
    3.2.3 数据处理型方法  48-51
  3.3 统计相似分析方法的研究与应用  51-56
    3.3.1 统计相似分析原理设计  51-52
    3.3.2 统计相似分析过程研究  52-54
    3.3.3 统计相似分析实例  54-56
  3.4 基于小波方差的动态数据验证方法研究  56-60
    3.4.1 小波方差的特性分析  56-57
    3.4.2 小波方差估计及其统计分布研究  57-58
    3.4.3 基于小波方差的验证过程设计  58-60
  3.5 小结  60-61
第四章仿真数据和飞行数据的预处理研究  61-73
  4.1 引言  61
  4.2 面向验证的试验数据预处理过程研究  61-64
  4.3 基于小波方差和奇异点影响锥的去噪方法研究  64-69
    4.3.1 基于小波方差的最优分解层数分析  64-66
    4.3.2 信号奇异点的搜索及定位方法研究  66-68
    4.3.3 基于影响锥的小波系数处理方法研究  68-69
  4.4 去噪算法性能分析  69-72
  4.5 小结  72-73
第五章导弹制导半实物仿真系统误差分析  73-91
  5.1 引言  73
  5.2 仿真系统的功能结构  73-74
  5.3 仿真系统的主要误差源分析  74-82
    5.3.1 目标模拟机构误差分析  74-76
    5.3.2 三轴转台误差分析  76-79
    5.3.3 负载模拟器误差分析  79-80
    5.3.4 数学仿真模型误差分析  80-82
  5.4 系统误差源对仿真结果的影响分析  82-89
    5.4.1 误差影响分析方法研究  83-84
    5.4.2 背景仿真系统误差源的影响分析  84-87
    5.4.3 误差影响下仿真结果的置信估计与分析  87-89
  5.5 小结  89-91
第六章基于云模型的可信度综合评估方法研究  91-108
  6.1 引言  91
  6.2 云模型及其数字特征分析  91-92
  6.3 定性结果综合量化方法研究  92-98
    6.3.1 基于云模型的定性结果量化规则  93-94
    6.3.2 基于云发生器的转化与拟合  94-97
    6.3.3 定性结果量化实例分析  97-98
  6.4 定性与定量结果综合评估方法研究  98-107
    6.4.1 建立可信度评估指标体系  99-100
    6.4.2 构建指标权重云模型  100-104
    6.4.3 可信度结果云化及综合  104-105
    6.4.4 定性与定量结果综合评估实例分析  105-107
  6.5 小结  107-108
第七章导弹制导仿真系统VV&A平台的设计、开发与应用  108-126
  7.1 引言  108
  7.2 VV&A平台的总体功能设计  108-110
  7.3 VV&A平台的详细设计  110-118
    7.3.1 VV&A管理平台设计  110-113
    7.3.2 数据管理平台设计  113-115
    7.3.3 V& V工具平台设计  115-118
  7.4 应用实例  118-124
    7.4.1 背景仿真系统的VV&A过程模型  118-120
    7.4.2 试验数据的分析与处理  120-124
  7.5 小结  124-126
第八章总结与展望  126-130
  8.1 论文工作总结  126-128
  8.2 未来工作展望  128-130
致谢  130-131
参考文献  131-146
作者在学期间取得的学术成果  146-147
作者在学期间参与的主要科研工作  147

导弹制导仿真系统VV&A理论和方法研究

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