1-3仿真分类及任务

1、1 3 系统仿真的分类系统仿真的分类 n3.1基本分类方法 n3.1.1 按被仿真对象性质 n3.1.2 按功能及用途 n3.1.3 按仿真系统体系结构 n3.1.4 按分布仿真中虚拟结合程度 n3.1.5 按仿真时钟与墙时钟（自然时间）的比例关 系 n3.1.6 按系统数学模型描述方法 n3.1.7 按物理特性 n3.1.8 按数据模型类型 2 3.1.1 按被仿真对象性质 n连续系统仿真 n离散事件系统仿真 3 3.1.2 按功能及用途 n工程仿真(engineering simulation) n主要用于产品的设计、制造和实验。 n常用建模、仿真技术建立数字化虚拟样机、 工程模拟器、半实

2、物仿真系统等。 n训练仿真(training simulation) n是采用各种训练模拟器或培训仿真系统， 对操作人用进行操作技能的训练、应急处 理各种故障的能力训练以及对指挥员和管 理决策人员的指挥、决策能力的训练。 4 3.1.2 按仿真系统体系结构 n单平台仿真(single platform simulation) n早期的以一台计算机、一个仿真对象及相 关的仿真设备构成的仿真系统 n分布交互仿真(distributed interactive simulation, DIS) n现时常用的多平台仿真系统 n用于复杂系统的设计、制造及在作战仿真 环境下进行产品性能的评估等 5 3.1

3、.3 分布交互仿真发展的3阶段 n第一阶段 n20世纪80年代美国国防部启动的联网仿真 SIMNET n第二阶段 n20世纪90年代基于协议数据单元(PDU)的分布交 互仿真DIS2.x标准和 n聚合级仿真协议ALSP(aggregate level simulation protocol) n第三阶段 n始于90年代中期的高层体系结构HLA(high level architecture) 6 3.1.4 按分布仿真中虚拟结合程度 n构造仿真(construction simulation) n通常是指在均是仿真的战略级层次上，以军兵种 的作战单元为仿真实体，建立聚合级仿真模型的 仿真系统

4、n一般是虚拟人操纵虚拟实体 n虚拟仿真(virtual simulation) n主要指由各种仿真器和数字仿真实体构成的分布 仿真系统 n真实的人操纵真实实体或部分虚拟实体及虚拟环 境 n实况仿真 n具有真实的装备或设备的仿真系统 7 3.1.5 按仿真时钟与墙时钟的比例关系 n实时仿真(real time simulation) n指仿真时钟推进时间与墙钟推进时间完全 一致 n欠(亚)实时仿真(slow time simulation) n指仿真时钟推进时间比墙钟推进时间慢 n超实时仿真(fast time simulation) n指仿真时钟推进时间比墙钟推进时间快 8 3.1.6 按系统

5、数学模型描述方法 n定量仿真(quantitative simulation) n指仿真系统中的模型均为基于一定机制、算法建 立起来的确定性模型，其输入/输出参数也是用数 值表示，是定量的。 n定性仿真(qualitative simulation) n相对定量仿真而言，仿真系统中的模型采用定性 描述。 n输入/输出信息、行为表示与分析均采用一种模糊 的、不确定性的、非量化的表示。 n当实际系统过于复杂或建模知识不完备，或无法 定量描述时采用定性仿真 n主要建模方法有：模糊建模法、自然语言建模法、 时序逻辑建模法、图像建模法等 9 3.1.7按物理特性 n静态物理模型 n动态物理模型 10 3

6、.1.8 按数据模型类型 n一次近似模型系统的数学模型 n二次近似模型仿真数学模型 11 3.2 工程领域连续系统仿真方法 n在工程领域连续系统仿真一般分为4大类 n数学仿真(mathematical simulation) n硬件在回路仿真(hardware in loop simulation) n软件在回路仿真( software in loop simulation) n人在回路仿真(man in loop simulation) 12 3.2.1 数学仿真 n特征 n无需昂贵的实物系统，也无需生成模拟客观世界 的各种物理效应设备 n整个系统全部是层次化、模块化的数学模型，按 照软件工

7、程规范建立仿真模型、编写源代码 n求解算法可选 n仿真时合理选择步长，实时、欠实时、超实时均 可 n特别用于方案论证、设计分析、研究评估等 13 3.2.2 硬件在回路仿真 n特征 n在仿真系统中将部分实物以及某些物理效 应设备接入，所以又称为半实物仿真 n必须实时运行 14 3.2.3 软件在回路仿真 n特征 n仿真系统中的软件是真实系统中专用设备 的软件，如飞行器控制系统软件、导航系 统软件或地面站测控系统软件等 n通过与其他设备或仿真模型进行动态交互 实验可考核专用软件功能的正确性、完备 性和可靠性 n需要注意两种运行方式的一致 n一般要求实时运行 15 3.2.4 人在回路仿真 n特征

8、 n专为操作人员的操作技能训练或指挥人员的指挥 决策能力训练而建立的仿真系统或用于有人操纵 的系统的设计、实验和评估 n要求建立能够生成人的感知环境的各种物理效应 设备，包括生成视觉、听觉、触觉、动感、力感 等的设备，如视景系统、音响系统、运动系统、 操纵负荷系统、头盔、数据手套等 n必须实时运行，必须满足仿真对象的相应特性、 人的生理特性和响应能力的要求，如视觉要求等， 特别要防止仿真病 16 系系 统统 仿仿 真真 的的 分分 类类 图图 17 3.3 建模与仿真 n建模与仿真要求 n仿真实验过程 n进行实验 18 3.3.1 仿真模型的基本属性 n相似性 n对应性 n重复性 19 3.3

9、.2 仿真实验 n符合仿真模型的基本属性 n便于分析研究、参数优化 n具备良好的人机交互界面 20 逆向仿真建模 n黑盒子 n已知输入与输出，不知系统的内部结构 n假定模型 n仿真实验 n修正仿真模型 21 仿真实验过程 22 仿真实验分级 23 仿真的实现步骤 n问题的提出 n模型的建立 n数据需求 n模型转换 n论证和计划 n实验 n分析结果 n修改和完善模型 n实施和文档 n系统维护 24 仿真系统的作用和意义 n(1)在方案设计阶段 n通过作战运用研究，评定战术技术指标的合理 性； n论证战术技术指标的可行性； n确定各分系统最佳指标并研究这些指标的协调 性、可行性； n制导系统各模块

10、功能的确定，作战体制研究， 作战软件编制等 n控制系统设计； n检验各种抗干扰措施的有效性； n确定指控系统总体指标和方案； n全系统功能仿真。 25 仿真系统的作用和意义 n(2)在武器研制阶段 n 进行制导系统和指挥系统的性能仿真，以检查 各分系统实际性能是否协调，能否满足系统指标 要求并确定各分系统允许公差范围； n 为各种飞行试验作事先难备及结果分析；查 找出现故障的原因，为系统改进提供依据； n 进行作战配合仿真、判断引信启动和杀伤物 质动态飞散区的配合效果，计算武器杀伤效率； n 进行系统软件的开发，解决各分系统硬、软 件的功能协调，优化系统软件； n 利用打靶测量结果进行辨识、校验模型；通 过仿真与靶场试验结合，设计最佳靶场试验方案， 以提高经济效益。 26 仿真系统的作用和意义 n(3)在武器定型阶段 n进行全系统仿真，结合打靶确定武器系 统在作战空域内的精度及杀伤概率 n提供作战软件； n研究