1-3仿真分类及任务解析课件.ppt

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13.1.1 按被仿真对象性质n连续系统仿真n离散事件系统仿真23.1.2 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、半实物仿真系统等。n训练仿真(training

2、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。33.1.2 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43.1.3 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

3、仿真SIMNETn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)53.1.4 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

4、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63.1.5 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73.1.6 按系统数学模型描述方法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

5、/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83.1.7按物理特性n静态物理模型n动态物理模型93.1.8 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103.2 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(mathematica

6、l 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)113.2.1 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123.2.2 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

7、又称为半实物仿真n必须实时运行133.2.3 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143.2.4 人在回路仿真n特征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

8、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15系系统统仿仿真真的的分分类类图图163.3 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173.3.1 仿真模型的基本属性n相似性n对应性n重复性183.3.2 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19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20仿真实验过程21仿真实验分级22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

9、n系统维护23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。24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、

10、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。25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研究定型过程出现的问题并加以解决；n与靶场试验结合对武器系统性能作出鉴定。26仿真系统的作用和意义n(4)武器装备部队阶段n对部队使用过程发现的问题进行分析研究并予以解决n协助部队进行训练和作战运用，攻防对策的研究；n研究武器系统对付新的敌情和作战背景的能力；n武器系统的改进和研究。n取得很高的经济效益27