舰艇装备软件可靠性测试方法及预测研究

摘要

舰艇装备软件的可靠程度对我军现役舰艇作战生存率有重大影响，并且对其服役期限的确定有重要作用。随着军队现代化水平的不断提高，军队武器自动化程度呈现了前所未有的进步和发展，现代化军队武器装备系统作为一个大型的软件密集型系统，软件的稳定、可靠直接关系着军队装备的成败。目前国内海上靶场针对舰载武备系统软件专项试验尚属起步阶段，软件可靠性测试尚未列入验收项目目录，靶场还没有建立起完善的软件可靠性测试和预测方法。为全面准确地对新一代舰艇武备系统考核，论文作者结合多年海上试验经验，参与制定了适应于新装备发展的舰艇装备软件可靠性测试和试验方法并且研究了其可靠性预测手段，为舰艇装备软件的验收工作提供方法和标准。 论文在介绍软件可靠性和软件可靠性工程的基础上，分析了多种常用的软件可靠性模型，研究了传统可靠性预测技术。传统的可靠性预测方法大多是基于软件故障时间的，论文将软件可靠性预测分两个部分进行研究。第一个部分使用了不依赖于软件故障时间记录的静态预测方法。此方法适用于装备软件等现场测试危险性较高，数据难于记录，故障时间难以确定的软件的可靠性预测。在软件可靠性静态预测中，可以近似认为相似软件等量时间内的失效数据可以选用同一种可靠性模型预测，所以可以根据已知的软件测试结果，分析软件服役期故障数历史数据，使用BP神经网络预测同类软件的故障数和可靠度。仿真实验结果与实测数据对比表明BP神经网络静态预测方法是有效可行的。第二个部分是在依据软件故障间隔时间的软件可靠性动态预测中，分析了BP神经网络动态预测方法，并且将其与传统可靠性预测模型进行对比。仿真试验结果表明，BP神经网络软件可靠性预测模型简单易用，并且达到传统可靠性预测模型的估测能力。为了提高预测效率和精度，论文使用基于BP神经网络的聚类方法来选择最佳传统软件可靠性模型进行软件可靠性预测。仿真实验表明，BP神经网络模型选择方法达到目前广泛使用的高斯混合模型选择方法的效果，但其计算相对更简单、方便。 现役舰艇装备软件在通过测试之后，各项技术指标可以达到预定要求，但不一定具有较高的作战效能。即软件技术测试合格的系统仍然不能实际应用。因为软件测试只注重软件本身的故障特性，而忽略了对于装备软件至关重要的软硬件配置拟合度和战术合理性等非技术性指标。论文中结合舰艇装备软件自身的特点，选取特定的可靠性预测参数和特定的可靠性测试结果，收集并整理出舰艇装备软件作战效能数据，建立了舰艇装备软件作战效能评估模型。最后使用并联分级构造方法建立了由静态预测、动态预测和作战效能预测三部分组成的舰艇装备软件可靠性的神经网络预测评估模型。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1论文的背景、目的与意义

1.2军用装备软件概述

1.2.1军用装备软件的特点

1.2.2舰艇装备软件简介

1.3软件可靠性概述

1.3.1软件可靠性定义

1.3.2软件可靠性与硬件可靠性的区别

1.3.3软件可靠性特点

1.3.4软件可靠性标准

1.4国内外研究现状

1.4.1软件可靠性研究的发展及现状

1.4.2软件可靠性建模历史

1.4.3基于人工神经网络的软件可靠性模型研究进展

1.4.4软件可靠性研究存在的主要问题

1.5论文的主要工作和章节安排

第2章软件可靠性测试和可靠性模型

2.1软件可靠性工程

2.2软件可靠性测试

2.2.1软件可靠性测试的目的

2.2.2软件可靠性参数的选取

2.2.3软件可靠性指标确定依据

2.2.4采集软件工程数据

2.2.5软件可靠性测试活动

2.3软件可靠性模型

2.3.1软件可靠性模型分类

2.3.2软件可靠性增长模型

2.3.3模型比较

2.3.4软件可靠性模型评价标准

2.4软件复杂性度量

2.5本章小结

第3章舰艇装备软件可靠性测试方法

3.1实验室仿真环境测试过程

3.2海上实战环境测试方法

3.3可靠性测试数据分析

3.4本章小结

第4章基于神经网络的软件可靠性预测

4.1.BP 神经网络简介

4.1.1 BP 网络模型简介

4.1.2 BP 算法的改进

4.2基于 MATLAB 的 BP 网络预测模型设计

4.3软件可靠性预测模型选择方法原理及思路

4.4本章小结

第5章舰艇装备软件可靠性预测模型及仿真验证

5.1舰艇装备软件可靠性静态预测模型

5.2舰艇装备软件可靠性动态预测

5.3软件可靠性动态预测模型选择过程

5.4仿真计算及验证

5.4.1静态预测网络仿真验证

5.4.2动态预测网络仿真验证

5.4.3模型选择仿真验证

5.5舰艇装备软件专用可靠性预测评估模型

5.5.1舰载装备软件专用评估方法

5.5.2舰载装备软件作战效能评估

5.5.3舰载装备软件可靠性预测评估模型

5.5.4舰载装备软件可靠性模型应用

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果

致谢

附录