基于HLA装备作战仿真数据的VV&C研究

基于HLA装备作战仿真数据的VV&C研究


2024年5月19日发(作者:linux常用命令)

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基于HLA装备作战仿真数据的VV&C研究 

王立国薛青孟宪权 

(装甲兵工程学院装备指挥与管理系,北京100072) 

E-mail:w2121499@yahoo.corn.cn 

摘要数据的可信性是衡量装备作战仿真系统的关键因素.直接影响着仿真的成败。论文在介绍数据的校验、验证、证 

明(VV&C)、装备作战仿真等概念的基础上,对装备作战仿真所用到的数据进行了分类,提出了权威数据源的分类标准。 

在基于高层体系结构(HLA)的装备作战仿真系统的联邦开发和执行过程(FEDEP)中引入了数据的VV&C,对于数据 

VV&C执行过程中的关键步骤进行了详细的阐述 论文对于研究数据元素对装备作战仿真系统可信性的影响具有指导 

意义.为研究装备作战仿真系统可信皮的提高奠定了理论基础。 

关键词 校验验证证明 可信性 装备作战仿真 

文章编号1002—8331一(2006)21-0200-o3 文献标识码A 中图分类号TP306 

The Research of the Data VV&C for the Equipment War 

Gaming Based on the HLA 

Wang Liguo Xue Qing Meng Xianquan 

(Department of Equipment Command&Management,Academy of Armored 

Force Engineering,Beijing 100072) 

Abstract:The credibility of data is a key factor to measure an equipment war gaming system,and it directly affects 

the SUCCESS or failure of the simulation.In this paper the data that used in the equipment war gaming system aT'e clas・ 

sitfed on the basis of introducing the terms about Veriifcation,Validation,Certiifcation(VV&C)and equipment war gam— 

ing,etc.he paper also putTs forwards the Authoritative Data Sources(ADS)sort criterion.he data VV&C iTs embedded in 

the Federation Development and Execution Process(FEDEP)of the equipment war gaming system that is based on the 

High Level Architecture(HLA),furthermore,the key steps of the data VV&C process are detailed to elaborate.This paper 

has certain guidance meaning for discussing the credibiliy inftluence of the data element on the equipment war gaming 

system,and it also makes a strong theory basic for the credibility of the equipment war gaming system. 

Keywords:verification,validation,certification,credibility,equipment war gaming 

1 引言 

从20世纪70年代末到80年代中期.在我国掀起了作战 

仿真、专家系统的研究热潮。研究层次从分队战斗对抗仿真、师 

团战术仿真、军兵种专用仿真直到合成军队的战役仿真,几十个 

仿真系统涌现出来,一批战术专家系统、战役决策专家系统也崭 

露头角。这类系统对于进行装备训练起到了至关重要的作用,完 

成了很多在实际中难以进行的训练科目.节约了大量的训练经 

费。但在军事指挥的辅助决策方面却受到了一定的限制 为什么 

这些系统没有被军事指挥员广泛接受呢?原因是多方面的,其中 

实验.以完成与装备发展有关的作战理论研究、装备训练方法 

以及装备论证研究、装备作战效能评估、装备保障研究乃至装 

备全寿命研究.此类仿真系统有效克服了传统的作战模拟和装 

备仿真的不足。在作战仿真系统发展的同时.对仿真数据正确 

性和可信度的要求也变得越来越高 仿真数据的正确性和可信 

度将直接影响到基于仿真结果所进行的一系列应用或决策过 

程,一个不正确的仿真结果可能导致重大的决策失误 从某种 

意义上来说,只有保证了仿真数据的正确性和可信度.最终得 

到的仿真结果才有实际应用的价值和意义.仿真系统才真正具 

有生命力。因此,如何正确运用和评估仿真数据成了作战仿真 

理论和仿真技术发展中一个不容忽视的问题 

最主要的原因之一是,这些作战仿真、专家系统的数据结果值得 

商榷,所以军事指挥人员对这些系统不敢贸然使用 

从20世纪90年代中期开始.随着仿真技术本身的不断发 

展和人们对仿真技术应用价值认识的不断深入.其应用领域越 

来越广泛。与此同时。装备作战仿真系统也得到了新的发展.并 

被赋予了新的内涵.装备作战仿真系统用来进行装备作战仿真 

2基本概念 

2.1 定义 

装备作战仿真:装备作战仿真可以分为单机同地和多机异地 

基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:70471089);国家863高技术研究发展计划资助项目(编号:2004AA115130—05) 

作者简介:王立国(1975-),男,博士研究生,主要研究方向为仿真的可信度分析,仿真体系结构。薛青(1961一),男,教授,博士生导师,获国家部级 

荣誉称号2次,中国计算机学会虚拟现实与可视化专业技术委员会委员。主要研究方向:装备作战仿真、虚拟现实技术。孟宪权 

(1973一),男,博士研究生,主要研究方向为战场态势分析.仿真算法。 

200 2006.21计算机工程与应用 

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两种形式 单机同地指针对某一武器系统或某一问题进行的研 

究.表现形式为由单台计算机构成的人在回路仿真训练器或者 

测算推演系统。多机异地指利用先进分布交互仿真技术,以武 

器装备为研究对象.将各种人在回路武器仿真器或仿真平台以 

及CGF(Computer Generated Forces--计算机生产兵力)用计算 

机网络连接起来.在分布式虚拟战场环境中.在一定的作战背 

景下,进行武器装备、作战人员、战场环境的战役、战斗过程仿 

真。 

数据校验:指建模与仿真能否确切反映开发者的概念描述 

和说明.并符合需求文档所提要求的过程。数据校验贯穿于建 

模与仿真生命周期的每个阶段。可将校验分为概念模型校验、 

设计校验与代码校验 

数据验证:建模与仿真的输出结果与来自真实世界的观测 

结果进行比较.并且对建模与仿真的结果是否适用进行判断。 

事实上验证不仅局限于建模与仿真的输出结果与标准测试数 

据进行比较.还应包括使用敏感性等VV技术来测试仿真系统 

在极限条件下的性能表现.与其它高逼真度建模与仿真进行比 

较.征求领域专家的意见等。 

数据证明:数据被校核和验证的过程。数据证明不是一种 

凭空做出的结论.而是建立在客观依据基础上的关于仿真对预 

期应用来说是否可用的客观评价。 

元数据:描述其它数据或其它数据某些方面的数据。这些 

方面包括:定义、安全、分类、正确度、精度、来源、使用局限和有 

效日期等 

2.2数据分类 

装备作战仿真和建模依赖许多不同类型的数据.根据装备 

作战仿真的特点.将作战仿真分为运行前、运行初始化、运行 

中、运行后的过程,从层次上划分为节点级、系统级对抗级。根 

据装备作战的仿真过程和仿真层次.可以将装备作战仿真数据 

分为五种类型.参见表1 

表1 装备作战仿真数据的分类及说明 

数据分类 说明 

建模与仿真或联邦中所有使用数据的描述性信息 

标准数据(Re rence1 包括数据的分辨率.逼真度、精度、完备性、关联度、 

通用性、适用度等 

硬线数据(H rd一 ired) 任务功能描述中人的行为、响应-交互等算法中的 

数据值.例如:变量值、参数值等 

初始化数据(I iti l—d 【a) 在仿真执行之前的输入数据。在装备作战仿真中 

般包括环境初始化数据和兵力初始化数据 

验证数据(v lid ti。 ) 用于验证仿真结果是否足够正确的测度数据,测度 

来源于真实世界或者领域专家提供的信息 

交换数据(E 。h ge) 通过联邦成员的订购与发布,在联邦内进行交换的 

数据.显然这种数据是基于HIA仿真体系结构的 

2.3装备作战仿真的权威数据源 

权威数据源是指经过了校验、验证和证明的数据所构成的 

数据集合 权威数据源在数据来源方面和仿真过程中都经过了 

很好的检验.具有权威性和很好的说服力和高度重用性 我们 

应该根据数据源的质量进行分类.进而将权威数据源建成知识 

库.供以后建模和仿真时直接使用。 

权威数据源分类: 

I类数据源:数据被很好地实践和管理.具有绝对权威性。 

例如.某种装备进行机动性仿真时的爬坡能力、车辆转速性能、 

加速性、制动性等数据 

Ⅱ类数据源:将仿真的总体方案和装备的相关信息输入计 

算机.经过权威部门认证的测算推演系统所产生的数据作为仿 

真数据 例如.在战场态势信息分析系统中.推演系统所产生的 

蓝方单位的编号、编成、位置、武器类型、数量、战损、机动方向、 

机动速度等信息 

Ⅲ类数据源:仿真中非常需要.但是没有这种数据,这样建 

模和仿真开发者根据仿真的需要和已有的知识所“定制”的数 

据 例如在进行网络仿真时.模拟敌方所进行的网络攻击(如服 

务拒绝、欺骗、病毒、堵塞)模型数据、无线注入模型数据,参战 

建制单位外围或上层支撑系统模型及其信息流模型数据等 

3 基于HLA的装备作战仿真系统数据vv&C策略 

3.1 系统组成 

基于HLA的装备作战仿真系统将分散在各地的仿真器、 

CGF等仿真实体用计算机网络联接起来.进行各种复杂任务的 

训练。完成在战场应用环境中论证各种信息产生、搜集、处理、 

传输、存贮等新技术对部队和武器装备作战性能和效能的影 

响。在战场环境下.根据参战实体间的实际交战、毁伤状况、信 

息流向、信息与武器平台可能的交互状况等.利用分布式仿真 

体系重点评估交战毁伤、战术机动、地形轮廓、气候、自然环境 

等因素对交战过程中通信传输网络、情报侦察系统、定位导航 

系统、电子对抗系统的性能效能的影响 系统的结构描述如图 

1所示 

图1基于HIA的装备作战仿真系统 

3.2 基于HLA FEDEP数据VV&C评估策略的实施 

美国国防部建模与仿真办公室(DMSO)借鉴软件工程的理 

论和方法.提f_H了指导HIA仿真系统开发的方法.即FEDEP 

模型 该模型为联邦成员的开发和执行提供了一个通用的开发 

步骤.即规定了联邦开发必须的过程和活动.以及这些活动的 

前提条件和输出结果.从仿真系统的需求、设计、编码和测试及 

验收等方面规范了联邦系统的管理和组织 FEDEP V1.5将联 

邦开发和执行过程抽象为6个基本步骤:(1)定义联邦目标.即 

定义联邦开发要达到的目标;(2)开发联邦概念模型.即对需要 

仿真的真实世界进行抽象性的描述和表达:(3)设计联邦.即确 

定联邦组成.并给各个联邦成员分配功能:(4)开发联邦.即开 

发联邦对象模型(Federation Object Mode1.FOM);(5)集成和 

测试联邦,即检查和测试联邦对象模型是否达到了仿真目标: 

(6)运行联邦并分析结果 

由于参与研究和开发HIA仿真系统的软件开发人员往往 

缺乏专业的军事知识以及军事专家和应用专家的深入支持.忽 

视用户需求,就为用户制定需求、修改功能,从而导致仿真系统 

计算机工程与应用2006.21 201 

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开 开发结果 

RTI初始化数据 

联邦执行 

校验需求数据 

联邦功能 联邦测试 

Fed A 

Fed B 

结果 

 i

f联邦设计校验 

旦旦旦 

想定设计 

/—一 

反馈 

联邦执行 

详细信息 

L_——————叫壁苎 

注:Fed A:联邦成员A 

ed B:F联邦成员B 

交鏊骛錾 校 验与验证广————1的校验f德  —l两鳅 J 

图2联邦开发与执行过程中的数据VV&C 

需求不准确、功能不完善、可靠性和可用性不高等后果。因此, 

如果能在FEDEP过程中引人数据的校核、验证与证明,就能够 

世界、校验数据之间存在着一定误差。 

无参照物对照的仿真系统往往依靠图灵测试来验证输出 

数据。这时需依靠领域专家检查输出数据并得出结论.这些仿 

真结论往往依赖于他们的操作经验、学术背景等,因此将会导 

致仿真结论带有一定的主观性 

3-3.4交换数据的VV 

极大地提高仿真系统的可信度。加入VV&C的联邦开发和执 

行过程如图2所示。从图2可以看出数据的VV&C过程是贯 

穿于全寿命仿真周期的 图中虚线表示数据VV&C过程中对 

联邦开发与执行过程的改进反馈 

3.3 数据VV&C关键过程分析 

3.3.1 需求数据的校验 

交换数据是指联邦中各个联邦成员根据联邦对象模型的 

开发结果来进行相互交换的数据.这是基于HL~仿真体系结 

需求数据的校验也称为联邦目标数据的校验 这一活动的 

主要目的是校验联邦发起者是否清晰准确地描述了将要开发、 

运行的联邦要求。它的基本内容包括:校验关键系统的顶层描 

述;校验系统的概略指标;校验仿真实体必要的行为、想定表达 

构中一类非常重要的数据 通过联邦建立数据的VV是联邦和 

分布式仿真开发的一项重要内容 

在联邦执行过程中.每个联邦成员先和RTI进行交互.然 

后联邦成员之间再进行信息的交互。数据校验者确保联邦成员 

的输人数据产生正确的输出结果,两个联邦成员可以通过发 

布/订购数据来进行完整性的订购和发布校验.每个过程数据 

关键事件的说明;校验数据输出要求等。需要指出的是:联邦开 

发过程中程序上和技术上的约束也将在该阶段被校验和确认 

仿真开发者应该明确如何在建模与仿真中使用这些需求数据. 

同时还要明确这些需求数据是否来源于权威数据源.从而决定 

这些数据使用的合理性 

3.3.2开发校验数据 

都应该被仔细检查以确保没有错误结果.最后,联邦被作为一 

个整体来进行测试以验证联邦功能是否正常.交换数据是否符 

合期望的结果 

需要注意的是在仿真生命周期的任何阶段.数据都有可能 

出现错误,因此数据必须能够回溯到到源头来进行校验与验 

证 

开发校验数据的目的是为了对建模与仿真的结果进行验 

证,从而对包含数据的仿真结果进行评估 最直接的方法是将 

校验数据与结果数据进行比较.从比较它们的匹配程度来确定 

仿真的可信度 

仿真系统可以分为原型系统在现实世界中存在与原型系 

统在现实世界中不存在两种情况。对于原型系统在现实世界中 

存在的仿真系统,校验数据可以从权威数据库中直接得到.这 

些数据包括物理测度数据、测试数据和历史执行数据等测量数 

据。但是对现实世界中不存在的系统仿真,如未来战场的仿真、 

研发项目的先期技术演示等。由于没有与之对照的参照物.我 

们不可能得到这些数据的权威数据源, 而没有验证数据来进 

4结论 

数据的VV&C是装备作战仿真系统具有可用、可信的重 

要保证,目前在进行装备作战仿真系统开发时.人们关注的大 

多是仿真模型的校验和验证,而对于数据的VV&C还缺乏足 

够的认识。文章基于此进行了深入的分析和探讨.在介绍相关 

概念的基础上,对军事装备作战仿真数据进行了分类.并建立 

了权威数据源的分类标准。在联邦开发与运行过程中引入了数 

据的VV&C。本文的研究成果已经在我们承担的国家自然科学 

行对比。在这种情况下,需要领域专家根据其经验来对结果的 

可信度和建模仿真的输出数据进行判断来得出结论.即进行图 

灵测试。 

基金项目和国家863高技术研究发展计划项目中得到了成功 

运用,较大地提高了基于HLA的装备作战仿真系统的可信度 

(收稿日期:2006年1月) 

3.3.3输出数据的验证 

对于输出数据的验证也包括:有参照物对照的情况和无参 

参考文献 

1.Virginia T Dobey,Robert O Lewis.Verification,Validation,and Ac— 

ereditation(VV&A)Process Overlay for the FEDEP[M1.Simulation 

Interoperability Workshop,2003 

照物对照的情况。在对仿真系统有参照物对照的情况下的仿真 

数据进行评估时,需要将建模与仿真的输出结果和已经开发的 

校验数据进行比较,这时应注意的是输出数据中往往包含数据 

噪声、不可测的环境影响以及一些其它因素.这将导致在真实 

202 2006.2l计算机工程与应用 

(下转232页) 

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计值。求出的结果见表1。 

的垂直度位移检测的方法。由于利用CCD对图像进行了放大. 

然后进行处理,所以可以达到比较高的精度.而且采用图像分 

块和OTSU算法结合的阈值分割方法 实验结果表明可以达到 

比较好的效果 且用椭圆最小二乘拟合的方式来寻找最优椭 

圆.既可以实现速度大幅度的提高.而且当接受光斑接受图像 

不完全时,也可以准确找到圆心.提高了测量装置的测量范围。 

同时本系统可以达到实时处理.适合一些时间要求严格的环 

境。此技术可以被广泛应用于其它类似图像的处理。 

(收稿日期:2005年l1月) 

参考文献 

图5实验数据采集 

表1实验结果 

1.林开颜,吴军辉,徐立鸿.电梯导轨垂直度测量仪研究【J】.仪器仪表学 

报,2003;24(3):l19~122 

2.章毓晋.图象工程(上册):图象处理与分析【M].清华大学出版社,2002: 

l8l~2l5 

3.官章全,唐晓卫.Visual C++6.0编程实例详解[M】.电子工业出版社, 

2000 

4.杨忠根,马彦,栾晓明.基于广义正交概念的K—RANSAC椭圆提取【J】. 

哈尔滨工程大学学报,2001;22(5) 

本系统硬件配置.计算机:Intel ̄Celeron ̄CPU 2.00GHz. 

256M内存,Windows XP Professional SP2,视频采集卡: 

10moons SDK一200o Video Capture.CCD:IkeNo High—resolution 

5.刘书桂,李蓬,那永林.基于最小二乘原理的平面任意位置椭圆的评 

价【J】.计量学报,2002;23(4) 

6.M Pilu,A Fitzgibbon.R Fisher.Ellipse-speciic Difrect least-square 

0K-204 monochrome CCD Camera.激光发射器:JDA95DT多功 

能自动激光铅垂仪 

此系统存在的问题:由上面实验数据可以看出.激光发射 

器发出的激光在距离较远时由于空气振动等原因会引起激光 

Fitting[C】.In:IEEE International Conference on Image Processing, 

Lausanne,1996 

4.Rafael C Gonzalez.Richard E Woods.Distla Image Processing[M]. 

Second Edition,Prentice Hall,2002 

斑的晃动.所以对我们的测量精度造成了一定的影响 

5.Maria Petmu。Panagiota Bosdogianni.Image processing[M].The Funda— 

mentls:aJohn Wiley&Sons,Inc,1999 

5 结论 

本文利用激光技术和图像处理技术提出了一种用于电梯 

(上接202页) 

2.Betsy B Delong,Melissa O Miller,Pamela L Mayne.Veriicatfion and 

6.Intel Corporation.Intel Image Processing Library.2000 

7.Intel Corporation.Open Source Computer Vision Libarary.2001 

5.Marko Hofmann.Introducing Pragmatics into VV&A『M 1.Simulation 

Interoperability Workshop,2002 

Validation:Ensuring Data Credubility[M].European Simulation Inter- 

operability Workshop,2001 

6.Patrick W Goalwin,Jerry M Feinberg.A Detailed Look at Veriica— f

tion,Validation and Accreditation(VV&A)Automated Suppo ̄TooMM1. 

Simulation Interoperability Workshop,2003 

3.Defense Modeling and Simulation Ofice(DMSO).fVeriifcation.Valida- 

tion and Accreditation Recommended Practice Guide[S].2000 

4.Jim Hamill,Frank kniSht.Veriifcation and Validation(V&V1 of C41SR 

7.王子才.关于仿真理论的探讨 .系统仿真学报,2000;(11) 

8.文传源.系统仿真的理论探索【J】.系统仿真学报,2005;(1) 

9.徐庚保.关于建模与仿真的可信性问题【J】.计算机仿真,2003;(8) 

lO.黄柯棣.对建模与仿真技术学科的粗浅理解【J1.计算机仿真,2004;(9) 

Stimulation for Testing and Training[M】.Simulation Intemperability 

Workshop,2001 

(上接225页) 

参考文献 

1.【美】林那夫.Web数据挖掘:将客户数据转化为客户价值[M】.电子工 

业出版社,2004:124~13l 

2.John P Klein.Melvin LSu ̄ival Analysis Techniques for Censored 

5 结论 

由用户的生存分析我们可以对用户进行分群.然后分析不 

同群的用户使用我们网络产品的行为模式.对于比较忠诚的用 

户,说明网站中有他们感兴趣的地方.所以通过分析这些用户 

的访问行为模式.并与存活时间比较短的用户访问行为模式进 

行比较,分析出用户流失的原因,制定相应策略,从而可有效地 

延长用户的存活时间.增加用户的忠诚度.以便给我们带来更 

大的经济效益 

分析用户群的访问行为模式.找出用户流失的原因这是我 

们下一步要做的工作。(收稿日期:2006年2月) 

232 2oo6.21计算机工程与应用 

nd Truncataed DatUM].Springer 

3.陈峰.现代统计方法与Stata应用[M].北京:中国统计出版社,1999: 

302~323 

4.顾海雁,葛祖恂,陈峰.生存分析模型在肺结核患者治愈率分析中的 

应用[J】.江苏预防医学,2005;16(2) 

5.朱云龙,南琳,王扶东.CRM理念、方法与整体解决方案【M1.清华大学 

出版社.2004:320~330 

6.董麓擞据分析方法【M】.东北财经大学出版社,2001:145~153 


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