建模与仿真技术的若干问题探讨

提出建模与仿真的概念模型、技术特征、仿真数据库／模型库、仿真平台体系结构、综合自然环境建模与仿真、虚拟技术等若干问题，并对此进行探讨。     

作战仿真技术综述

作战系统是社会复杂巨系统,仿真可以在实验室研究与学习战争,是对军事学科发展和实验研究的补充.对作战仿真的几个主要共性技术问题进行了简要论述,包括任务空间功能模型、综合自然环境建模、多分辨率建模、基于多智能体的计算机生成兵力建模、复杂大系统建模与仿真的VV&A、仿真支持环境、基于网格技术的网络中心战仿真等.在作战仿真研究过程中,应建立一个综合虚拟战场支撑环境,将作战仿真所有共用部分建成一个平台,在此基础上开发各用户为某种目的的仿真应用.     

综合自然环境(SNE)建模与仿真

自然环境是地形、海洋、大气和空间四个领域物理状态、特征和影响的总合，对军事系统的性能有着重大的影响。综合自然环境(SNE)就是在建模与仿真系统中对这些环境因素的描述。概述了国内外有关SNE建模与仿真研究的状况，阐述了SNE建模与仿真的各项关键技术，以CGF应用为例设计了一个SNE仿真原型系统，从工程实现的角度提出了SNE仿真系统的开发过程。最后，简要介绍了这个SNE仿真原型系统在某型巡航导弹攻防对抗仿真系统中的应用。     

面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模

传统运动仿真的虚拟建模缺少针对复杂系统中信息子系统与物理子系统的动态性融合建模。融合传统运动学虚拟建模与信息计算的优势，针对运动仿真的精度和实时性难以满足实际工业制造需求的问题，提出面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模方法，并以机械臂的运动学控制为仿真案例进行验证，解决了实际环境中机械臂的驱动与仿真环境虚拟机械臂运动不一致的问题。搭建了复杂系统运动仿真虚实映射平台，集成了虚拟建模环境CoppeliaSim，融合实际机器人的运动反馈，和虚实映射计算模型，确定工业机器人运动方程的唯一位姿解。实验结果表明本文提出的方法实现了工业机器人的虚实映射实时运动仿真。     

基于组件的分布式虚拟仿真平台的研究与实现

分布式环境下虚拟仿真技术是在虚拟的逼真环境下,对产品设计及其周边环境进行协同仿真验证的有效手段.本文首先提出了分布式虚拟仿真系统设计的一些概念和原理,接着提出了基于组件对象模型的虚拟仿真系统建模与仿真方法,并重点阐述了支持分布式虚拟仿真的集成框架及其关键实现技术,该平台在一具体的仿真实验系统—飞机模拟仿真飞行系统的的设计中得到具体应用。     

现代建模与仿真技术发展中的几个焦点

半个多世纪来，建模与仿真技术在各类应用需求的牵引及有关学科技术的推动下，已经发展形成了较完整的专业技术体系，并迅速地发展为一项通用性、战略性技术。它与高性能计算(High Performance Computing)一起，正成为继理论研究和实验研究之后第三种认识、改造客观世界的重要手段。目前，建模与仿真技术正向“网络化、虚拟化、智能化、协同化、普适化”为特征的现代化方向发展。基于文章[1]及作者近期研究项目的研究成果，本文进一步讨论了现代建模与仿真技术的含义、技术体系及当前建模与仿真技术研究与应用中值得关注的几个焦点，包括基于现代网络技术的网络化建模仿真技术、综合自然环境的建模仿真技术、智能系统建模及智能仿真系统、复杂系统／开放复杂巨系统的建模仿真技术、虚拟样机工程技术、高性能计算机，普适仿真技术及关于建立建摸与仿真学科的讨论等，最后给出几点结论。     

飞行仿真模型库及虚拟样机建模环境的研究

飞行仿真模型库是飞行实时仿真系统研究的基础，仿真建模环境是为了让用户快速，方便地建立仿真所需的模型，并向外系统提供接口，从而使建模者和软件编制人员分开，本文论述了在飞行仿真模型库及虚拟样机建模环境方面的研究，介绍一个自行开发的具有良好的继承性和可扩充性的飞行仿真建模的软件开发环境，在飞行仿真模型库和建模环境的基础上，探讨了虚拟样机技术在飞机优化设计中的应用。     

先进分布仿真技术的发展与应用

先进分布仿真技术在军用、民用复杂系统仿真需求的推动下, 取得了迅速发展和良好的应用效果。文中阐述先进分布仿真技术的主要应用领域,重点分析其在大规模联合作战仿真和虚拟采办的研究进展情况,并归纳总结了在相关领域先进分布仿真的关键技术。在上述基础上,以实验室在综合自然环境仿真与可视化、虚拟样机建模与仿真一体化环境、攻防对抗与计算机兵力仿真方面的研究情况为例,介绍了国内研究情况。最后,对先进分布仿真技术的发展及研究策略进行了展望。     

柔性制造仿真系统中机器三维可视化建模

采用面向对象的分析方法，针对制造系统虚拟仿真动态建模的实际需求，通过对三维可视化仿真建模技术的研究。提出了柔性制造系统中机器仿真建模的三个层次。即几何建模，运动建模和仿真建模，并重点描述了机器几何模型中节点的层次结构和运动模型的动画实现方法等关键技术，最后给出了机器仿真模型在离散事件仿真中的基本处理算法。     

支持虚拟样机的协同仿真平台关键技术研究

为了支持虚拟样机开发环境中不同领域，分布，异构的仿真系统间的信息共享和互操作，提高协同仿真平台的可扩展性和灵活性，提出了灵巧产品模型建模，协同仿真资源库集成管理方案和协同环境运行框架，并具体说明了基于DCOM的仿真工具协同的关键实现技术，支持仿真联邦管理的数据库设计和CORBA的应用实现技术，通过轿车虚拟开发的初步应用实践，基于上述研究所开发的平台能有效支持复杂产品的虚拟开发。     

大气环境仿真建模方法研究

大气环境仿真模型是大气环境仿真试验及大气环境仿真系统建设的基础和前题,是综合自然环境仿真的重要组成部分。阐述了大气环境仿真模型的三种设计方法,即理想化模型、统计特征模型和数值模型,并着重以统计特征模型为例,提出了统计建模的具体步骤和方法,最后指出了大气环境仿真模型的关键技术及其发展中应注意的问题。     

C3I系统功能的建模仿真环境

分析了C3 I系统功能建模的必要性和应解决的问题 ,讨论了C3 I系统功能的特点和适合C3 I系统功能的建模与仿真方法 ,指出基于Petri网的建模仿真方法是C3 I系统功能的一种有效建模仿真方法。介绍了国外用于C3 I系统功能建模与仿真的一些工具 ,指出了它们的优缺点。最后介绍了研制的一个C3 I系统功能建模与仿真环境。     

地物仿真及交互可视化编辑工具的设计与实现

地形是虚拟环境的承载体，地形建模也是综合自然环境建模的基础环节。综合自然环境走模的目的不仅是使地形等相关环境要素在虚拟环境中得到本征还原，更重要的是构筑人与虚拟环境的多层面交互通道。其中，对模型实施编辑及分析是交互的两个重要层面。论文基于此开发了地物仿真及交互式可视化编辑工具——TEVS，以地形要素为代表，探索将环境要素建模、编辑与分析三者加以整合的技术方法。论文提出了人与虚拟环境交互行为的划分层次，从低层到高县依次为数据级，分析级和协同级．论文认为在综合自然环境下。原先处于分散，无序的环境要素模型应该被有序地组织。从而使其具有可控性夏可编辑性，为最终实现人与虚拟环境有序和谐的交互奠定基础。     

基于模型库/数据库的面向对象综合仿真环境框架

随着仿真技术和软件技术的发展,仿真系统已经发展成为一个功能完善的仿真环境。本文论述了一个综合仿真环境的原型系统,这个系统基于ＤＥＶＳ形式化描述和ＵＭＬ面向对象可视化建模语言,可以有效地重用模型库中的模型和数据库中的数据,快速生成仿真系统原型,从而将仿真系统开发纳入软件工程的范畴。     

基于PO的进近着陆系统信道环境分析和仿真预测

针对机场环境日益复杂,进近着陆系统对于机场环境的影响十分敏感的实际问题,提出了一种基于物理光学理论(PO)的进近着陆系统信道环境分析和仿真预测方法。应用基于PO的信道散射环境分析方法,建立了系统的信号源模型和考虑信道环境影响的系统航道偏移模型,对受多散射体影响的信道环境下的进近着陆系统进行建模,结合实际问题,应用建立的模型对散射环境中的进近着陆进行了仿真,结果表明,基于PO的仿真预测方法能够较准确、合理地给出散射环境对系统的影响程度,具有预测机场配置物体对系统影响的能力。     

综合自然环境建模仿真平台的研究

综合自然环境建模与仿真是分布复杂仿真系统中的重要组成部分,提出了分布复杂仿真系统支撑环境中综合自然环境（SNE）建模仿真平台,其中将开发环境和运行环境两部分分开,在开发环境部分按照SEDRIS标准建立环境数据库,为环境数据的共享打下了良好的基础;在运行环境部分采用联邦成员的方式,兼顾了环境数据量庞大的特点。对所提出的SNE建模仿真平台涉及的关键技术进行了阐述和实现,并给出了具体的开发步骤。     

区域大气边界层风场建模研究

大气环境是综合自然环境(SNE)的重要组成部分,大气环境模型是武器装备仿真模型体系的有机组成部分。在SNE概念参考模型基础上,探讨了大气环境建模的概念和方法,比较了几种大气环境内部模型,提出了利用大气数值模式进行大气环境建模的具体实现方法。利用大气数值模式RAMS4.3(RegionalAtmosphericModelingSystem)对我国东南沿海地区大气边界层风场进行了建模研究。     

声呐数据合成与环境仿真研究

研究了被动声呐数据合成与环境仿真的系统结构和水声合成信号的生成﹑建模与仿真试验。以水中运动目标为例,给出了水声环境下,合成信号、环境噪声、海洋声学的数学模型和合成环境系统仿真实验。该研究可用于水下探测系统和水声对抗系统的环境模拟,及水声设备的性能评估。     

水下航行器一体化、分布交互仿真环境设计与实现

基于一体化仿真方法进行了局域网下五个仿真节点组成的水下航行器分布交互仿真环境的设计，利用Winsock2．0完成了网络通讯接口——专用通讯接口协议数据单元的开发，应用SQL Server完成了仿真数据库的设计，实现了潜-舰、潜-潜多武器平台作战对抗仿真功能。所完成的一体化分布交互仿真环境具有以下优点：集仿真建模、实验、结果分析全过程的一体化；利用人机界面可以对各仿真平台的系统模型及随机误差参数进行设置、修改和存储；通过设置不同的航路和仿真次数能够重复地进行分布交互仿真并获得统计结果。该项研究成果已在某航行器系统战技指标评估研究项目中得到应用。