1-3仿真分類及任務(wù)

1、1 3 系統(tǒng)仿真的分類系統(tǒng)仿真的分類 n3.1基本分類方法 n3.1.1 按被仿真對象性質(zhì) n3.1.2 按功能及用途 n3.1.3 按仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) n3.1.4 按分布仿真中虛擬結(jié)合程度 n3.1.5 按仿真時鐘與墻時鐘（自然時間）的比例關(guān) 系 n3.1.6 按系統(tǒng)數(shù)學模型描述方法 n3.1.7 按物理特性 n3.1.8 按數(shù)據(jù)模型類型 2 3.1.1 按被仿真對象性質(zhì) n連續(xù)系統(tǒng)仿真 n離散事件系統(tǒng)仿真 3 3.1.2 按功能及用途 n工程仿真(engineering simulation) n主要用于產(chǎn)品的設(shè)計、制造和實驗。 n常用建模、仿真技術(shù)建立數(shù)字化虛擬樣機、 工程模擬器、半實

2、物仿真系統(tǒng)等。 n訓練仿真(training simulation) n是采用各種訓練模擬器或培訓仿真系統(tǒng)， 對操作人用進行操作技能的訓練、應(yīng)急處 理各種故障的能力訓練以及對指揮員和管 理決策人員的指揮、決策能力的訓練。 4 3.1.2 按仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) n單平臺仿真(single platform simulation) n早期的以一臺計算機、一個仿真對象及相 關(guān)的仿真設(shè)備構(gòu)成的仿真系統(tǒng) n分布交互仿真(distributed interactive simulation, DIS) n現(xiàn)時常用的多平臺仿真系統(tǒng) n用于復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計、制造及在作戰(zhàn)仿真 環(huán)境下進行產(chǎn)品性能的評估等 5 3.1

3、.3 分布交互仿真發(fā)展的3階段 n第一階段 n20世紀80年代美國國防部啟動的聯(lián)網(wǎng)仿真 SIMNET n第二階段 n20世紀90年代基于協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的分布交 互仿真DIS2.x標準和 n聚合級仿真協(xié)議ALSP(aggregate level simulation protocol) n第三階段 n始于90年代中期的高層體系結(jié)構(gòu)HLA(high level architecture) 6 3.1.4 按分布仿真中虛擬結(jié)合程度 n構(gòu)造仿真(construction simulation) n通常是指在均是仿真的戰(zhàn)略級層次上，以軍兵種 的作戰(zhàn)單元為仿真實體，建立聚合級仿真模型的 仿真系統(tǒng)

4、n一般是虛擬人操縱虛擬實體 n虛擬仿真(virtual simulation) n主要指由各種仿真器和數(shù)字仿真實體構(gòu)成的分布 仿真系統(tǒng) n真實的人操縱真實實體或部分虛擬實體及虛擬環(huán) 境 n實況仿真 n具有真實的裝備或設(shè)備的仿真系統(tǒng) 7 3.1.5 按仿真時鐘與墻時鐘的比例關(guān)系 n實時仿真(real time simulation) n指仿真時鐘推進時間與墻鐘推進時間完全 一致 n欠(亞)實時仿真(slow time simulation) n指仿真時鐘推進時間比墻鐘推進時間慢 n超實時仿真(fast time simulation) n指仿真時鐘推進時間比墻鐘推進時間快 8 3.1.6 按系統(tǒng)

5、數(shù)學模型描述方法 n定量仿真(quantitative simulation) n指仿真系統(tǒng)中的模型均為基于一定機制、算法建 立起來的確定性模型，其輸入/輸出參數(shù)也是用數(shù) 值表示，是定量的。 n定性仿真(qualitative simulation) n相對定量仿真而言，仿真系統(tǒng)中的模型采用定性 描述。 n輸入/輸出信息、行為表示與分析均采用一種模糊 的、不確定性的、非量化的表示。 n當實際系統(tǒng)過于復(fù)雜或建模知識不完備，或無法 定量描述時采用定性仿真 n主要建模方法有：模糊建模法、自然語言建模法、 時序邏輯建模法、圖像建模法等 9 3.1.7按物理特性 n靜態(tài)物理模型 n動態(tài)物理模型 10 3

6、.1.8 按數(shù)據(jù)模型類型 n一次近似模型系統(tǒng)的數(shù)學模型 n二次近似模型仿真數(shù)學模型 11 3.2 工程領(lǐng)域連續(xù)系統(tǒng)仿真方法 n在工程領(lǐng)域連續(xù)系統(tǒng)仿真一般分為4大類 n數(shù)學仿真(mathematical simulation) n硬件在回路仿真(hardware in loop simulation) n軟件在回路仿真( software in loop simulation) n人在回路仿真(man in loop simulation) 12 3.2.1 數(shù)學仿真 n特征 n無需昂貴的實物系統(tǒng)，也無需生成模擬客觀世界 的各種物理效應(yīng)設(shè)備 n整個系統(tǒng)全部是層次化、模塊化的數(shù)學模型，按 照軟件工

7、程規(guī)范建立仿真模型、編寫源代碼 n求解算法可選 n仿真時合理選擇步長，實時、欠實時、超實時均 可 n特別用于方案論證、設(shè)計分析、研究評估等 13 3.2.2 硬件在回路仿真 n特征 n在仿真系統(tǒng)中將部分實物以及某些物理效 應(yīng)設(shè)備接入，所以又稱為半實物仿真 n必須實時運行 14 3.2.3 軟件在回路仿真 n特征 n仿真系統(tǒng)中的軟件是真實系統(tǒng)中專用設(shè)備 的軟件，如飛行器控制系統(tǒng)軟件、導(dǎo)航系 統(tǒng)軟件或地面站測控系統(tǒng)軟件等 n通過與其他設(shè)備或仿真模型進行動態(tài)交互 實驗可考核專用軟件功能的正確性、完備 性和可靠性 n需要注意兩種運行方式的一致 n一般要求實時運行 15 3.2.4 人在回路仿真 n特征

8、 n專為操作人員的操作技能訓練或指揮人員的指揮 決策能力訓練而建立的仿真系統(tǒng)或用于有人操縱 的系統(tǒng)的設(shè)計、實驗和評估 n要求建立能夠生成人的感知環(huán)境的各種物理效應(yīng) 設(shè)備，包括生成視覺、聽覺、觸覺、動感、力感 等的設(shè)備，如視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、 操縱負荷系統(tǒng)、頭盔、數(shù)據(jù)手套等 n必須實時運行，必須滿足仿真對象的相應(yīng)特性、 人的生理特性和響應(yīng)能力的要求，如視覺要求等， 特別要防止仿真病 16 系系 統(tǒng)統(tǒng) 仿仿 真真 的的 分分 類類 圖圖 17 3.3 建模與仿真 n建模與仿真要求 n仿真實驗過程 n進行實驗 18 3.3.1 仿真模型的基本屬性 n相似性 n對應(yīng)性 n重復(fù)性 19 3.3

9、.2 仿真實驗 n符合仿真模型的基本屬性 n便于分析研究、參數(shù)優(yōu)化 n具備良好的人機交互界面 20 逆向仿真建模 n黑盒子 n已知輸入與輸出，不知系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) n假定模型 n仿真實驗 n修正仿真模型 21 仿真實驗過程 22 仿真實驗分級 23 仿真的實現(xiàn)步驟 n問題的提出 n模型的建立 n數(shù)據(jù)需求 n模型轉(zhuǎn)換 n論證和計劃 n實驗 n分析結(jié)果 n修改和完善模型 n實施和文檔 n系統(tǒng)維護 24 仿真系統(tǒng)的作用和意義 n(1)在方案設(shè)計階段 n通過作戰(zhàn)運用研究，評定戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標的合理 性； n論證戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標的可行性； n確定各分系統(tǒng)最佳指標并研究這些指標的協(xié)調(diào) 性、可行性； n制導(dǎo)系統(tǒng)各模塊

10、功能的確定，作戰(zhàn)體制研究， 作戰(zhàn)軟件編制等 n控制系統(tǒng)設(shè)計； n檢驗各種抗干擾措施的有效性； n確定指控系統(tǒng)總體指標和方案； n全系統(tǒng)功能仿真。 25 仿真系統(tǒng)的作用和意義 n(2)在武器研制階段 n 進行制導(dǎo)系統(tǒng)和指揮系統(tǒng)的性能仿真，以檢查 各分系統(tǒng)實際性能是否協(xié)調(diào)，能否滿足系統(tǒng)指標 要求并確定各分系統(tǒng)允許公差范圍； n 為各種飛行試驗作事先難備及結(jié)果分析；查 找出現(xiàn)故障的原因，為系統(tǒng)改進提供依據(jù)； n 進行作戰(zhàn)配合仿真、判斷引信啟動和殺傷物 質(zhì)動態(tài)飛散區(qū)的配合效果，計算武器殺傷效率； n 進行系統(tǒng)軟件的開發(fā)，解決各分系統(tǒng)硬、軟 件的功能協(xié)調(diào)，優(yōu)化系統(tǒng)軟件； n 利用打靶測量結(jié)果進行辨識、校驗?zāi)Ｐ?；?過仿真與靶場試驗結(jié)合，設(shè)計最佳靶場試驗方案， 以提高經(jīng)濟效益。 26 仿真系統(tǒng)的作用和意義 n(3)在武器定型階段 n進行全系統(tǒng)仿真，結(jié)合打靶確定武器系 統(tǒng)在作戰(zhàn)空域內(nèi)的精度及殺傷概率 n提供作戰(zhàn)軟件； n研究