考虑不确定性影响的仿真模型验证及校准方法研究

摘要

模型验证与校准在仿真可信度评估工作中占有重要地位，相关理论及方法研究得到重视，取得了丰硕的成果。随着对仿真模型精度的要求越来越高，建模仿真中的不确定性问题逐渐得到重视，相应的模型验证与校准工作也必须考虑不确定性的影响。如何实现考虑不确定性影响时的仿真模型验证与校准是目前面临的关键问题。围绕这一问题，本文开展了以下研究。
　　首先，研究了建模仿真中的不确定性描述与传播方法。在给出基于概率框架的随机变量以及基于非概率框架的区间变量、模糊变量、不精确随机变量以及模糊随机变量等不确定性描述方法的基础上，针对非概率不确定性描述方法在不确定性传播方面存在的困难，分别给出相应的概率框架转化模型，并提出一种基于概率抽样的异类不确定性联合传播方法，实现采用不同不确定性描述方法建模描述的不确定性变量的联合传播，为后续的模型验证与校准奠定了基础。
　　其次，研究了考虑不确定性影响的仿真结果验证方法。针对输入仅含有固有不确定性的仿真结果验证问题，提出一种基于特征的仿真结果验证方法，通过特征提取，建立结果数据特征验证矩阵，进而利用贝叶斯因子法实现仿真结果验证；进一步，针对输入同时含有认知和固有不确定性，并且参考数据也含有不确定性的仿真结果验证问题，提出一种基于证据理论的验证方法，通过验证数据的证据理论统一建模与描述方法，将验证数据转换到证据框架，采用一种基于加权平均算子的证据融合算法实现多元验证数据的综合；最后提出一种基于证据距离的验证准则实现仿真结果验证，为存在多种来源不同种类不确定性的仿真模型验证提供了方法支持。
　　再次，研究了多元输出仿真模型校准方法。针对复杂系统模型校准存在的输出数量多、数据类型多样、不确定性因素众多以及校准效率低等问题，提出一种基于优化和元模型的多元输出仿真模型校准方法。采用基于概率抽样的异类不确定性联合传播方法，实现不同种类不确定性的传播；提出一种基于特征及Mahalanobis距离的多元输出一致性度量模型，解决具有不同数据类型的多元仿真输出的一致性度量；采用基于随机Kriging和遗传算法的快速校准方法，将复杂的双层嵌套校准过程转化为静态的优化问题，提高了校准效率。同时，为保证元模型拟合的高效性与准确性，提出一种用于元模型建模的序贯试验设计方法。
　　最后，设计实现了仿真模型验证与校准软件平台。针对考虑不确定性影响的仿真模型验证与校准工作涉及到的大量的仿真运行、海量的仿真数据和繁琐的数据处理方法，开发了仿真模型验证与校准软件平台，主要包括不确定性建模与描述、不确定性传播、仿真结果验证以及模型校准四大功能，并将其应用于某飞行器纵向平面内末制导模型的验证与校准工作中，验证了工具的有效性和实用性。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第 1章绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状综述与分析

1.3 论文的研究内容与组织结构

第 2章建模仿真中的不确定性描述与传播方法

2.1 引言

2.2 不确定性描述方法

2.3 基于概率抽样的异类不确定性联合传播方法

2.4 实例验证

2.5 本章小结

第 3章考虑不确定性影响的仿真结果验证方法

3.1 引言

3.2 问题描述

3.3 基于特征的仿真动态结果验证方法

3.4 基于证据距离的多元异类不确定性仿真结果验证方法

3.5 本章小结

第 4章多元输出仿真模型校准方法

4.1 引言

4.2 问题描述及分析

4.3 基于优化和元模型的多元输出仿真模型校准方法

4.4 用于元模型建模的序贯试验设计方法

4.5 本章小结

第 5章仿真模型验证与校准软件平台设计实现及应用

5.1 引言

5.2 仿真模型验证与校准软件平台设计

5.3 仿真模型验证与校准软件平台实现及应用

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

个人简历