仿真系統(tǒng)分析與設(shè)計

前言

系統(tǒng)仿真是以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機和各種模擬器以及專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實的或假想的系統(tǒng)進行動態(tài)研究的一門多學科的綜合技術(shù)。本書系統(tǒng)地分析介紹了現(xiàn)代仿真系統(tǒng)技術(shù)及相關(guān)典型系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用。現(xiàn)代仿真系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷擴大，如攻防對抗系統(tǒng)的多武器平臺的作戰(zhàn)仿真、基于虛擬樣機的設(shè)計和虛擬制造、飛行器模擬等，除了軍事、工業(yè)應(yīng)用外，還在管理、生物、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等人類社會和國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域不斷拓展其應(yīng)用空間。本書的主要目的不是將所有涉及的仿真學科詳盡地介紹給讀者，而是以仿真系統(tǒng)典型設(shè)計應(yīng)用為主線索，將有關(guān)的理論基礎(chǔ)、軟件工具與技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜合為一較完整的仿真系統(tǒng)框架體系，同時提供一些仿真系統(tǒng)設(shè)計與分析技術(shù)實例，這是編者在參閱國內(nèi)外大量文獻和長期教學科研實踐獲得的成果與經(jīng)驗總結(jié)。本書分為四篇11章，首先介紹了MATLAB仿真系統(tǒng)設(shè)計理論與方法，然后從飛行模擬理論、飛行系統(tǒng)仿真、飛行操縱與運動模擬、視景與音響系統(tǒng)、計算機實時系統(tǒng)等幾個方面，全面分析了飛行模擬器系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)技術(shù)。在第三篇中還重點闡述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的語言環(huán)境與設(shè)計技術(shù)，最后給出了具體的工程實例。本書的第1章、第4章、第11章由張毅編寫，第5章、第6章由王士星編寫，第2章、第3章由楊秀霞編寫，第9章、第10章由方偉編寫，劉曉娣編寫第7章，第8章由曹文靜編寫并對書稿進行了校對。感謝海軍航空工程學院的馬登武教授對書稿做了認真的審查和推敲，并提出了許多寶貴的意見和建議。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了系統(tǒng)仿真所需要的基本工具、方法與理論，并且給出了大量的工程實例?！　”緯譃樗钠?1章，首先介紹了MATLAB仿真系統(tǒng)設(shè)計理論與方法，然后從飛行模擬理論、飛行系統(tǒng)仿真、飛行操縱與運動模擬、視景與音響系統(tǒng)、計算機實時系統(tǒng)等幾個方面，全面分析了飛行模擬器系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)技術(shù)。在第三篇中重點闡述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的語言環(huán)境與設(shè)計技術(shù)。最后給出了具體的工程實例?！　”緯鴥?nèi)容豐富、論述簡潔、密切聯(lián)系實際，并提供了大量不同層次的示例與實例，可作為高等院校的教科書，以及相關(guān)的技術(shù)人員和科研工作者的參考書。

書籍目錄

第1章　緒論 　1.1　仿真系統(tǒng)的組成、分類及作用 　1.2　仿真算法和仿真軟件 　1.3　飛行仿真技術(shù) 　1.4　虛擬現(xiàn)實與仿真技術(shù) 　1.5　全書的基本結(jié)構(gòu)和內(nèi)容 　1.6　小結(jié) 　1.7　習題 第一篇　MATLAB仿真系統(tǒng) 　第2章　MATLAB語言程序設(shè)計 　　2.1　MATLAB的工作環(huán)境 　　2.2　MATLAB的語言體系 　　2.3　MATLAB數(shù)值運算 　　2.4　MATLAB的符號運算 　　2.5　MATLAB的圖形圖像系統(tǒng) 　　2.6　小結(jié) 　　2.7　習題 　第3章　Slmulink建模與仿真 　　3.1　Slmulink數(shù)學建模與仿真 　　3.2　半實物仿真與實時控制 　　3.3　小結(jié) 　　3.4　習題 第二篇　飛行系統(tǒng)仿真 　第4章　飛行模擬系統(tǒng)基礎(chǔ) 　　4.1　數(shù)學模型 　　4.2　飛行系統(tǒng)仿真模型 　　4.3　小結(jié) 　　4.4　習題 　第5章　飛行模擬系統(tǒng)仿真 　　5.1　飛控模擬分系統(tǒng) 　　5.2　飛行模擬分系統(tǒng) 　　5.3　導航模擬系統(tǒng) 　　5.4　飛行管理系統(tǒng)仿真 　　5.5　小結(jié) 　　5.6　習題 　第6章　飛行操縱系統(tǒng)與運動模擬系統(tǒng) 　　6.1　飛行操縱系統(tǒng) 　　6.2　運動模擬系統(tǒng) 　　6.3　小結(jié) 　　6.4　習題 　第7章　音響與視景系統(tǒng) 　　7.1　音響系統(tǒng) 　　7.2　視景系統(tǒng) 　　7.3　小結(jié) 　　7.4　習題 　第8章　計算機實時仿真系統(tǒng) 　　8.1　計算機系統(tǒng) 　　8.2　控制臺系統(tǒng) 　　8.3　計算機實時仿真過程若干問題研究 　　8.4　小結(jié) 　　8.5　習題 第三篇　虛擬現(xiàn)實技術(shù) 　第9章　虛擬現(xiàn)實開發(fā)環(huán)境 　　9.1　虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述 　　9.2　建模軟件介紹 　　9.3　Map Info仿真軟件及其應(yīng)用 　　9.4　GL Studio仿真軟件及其應(yīng)用 　　9.5　Vega Prime仿真軟件及其應(yīng)用 　　9.6　OpenGVS仿真軟件 　　9.7　小結(jié) 　　9.8　習題 　第10章　基于虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù) 　　10.1　三維視景開發(fā)框架 　　10.2　基于Vega Prime海浪特效模擬 　　10.3　小結(jié) 　　10.4　習題 第四篇　仿真實例 　第11章　系統(tǒng)仿真設(shè)計實例 　　11.1　彈目交會可視化仿真系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn) 　　11.2　飛行器實時半實物仿真系統(tǒng) 　　11.3　飛行控制與慣性導航仿真訓練系統(tǒng) 　　11.4　小結(jié) 　　11.5　習題 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：系統(tǒng)仿真技術(shù)是當前應(yīng)用最廣泛的實用技術(shù)之一，它是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和計算技術(shù)基礎(chǔ)之上，以計算機和其他專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實或假想的系統(tǒng)進行試驗研究的一門綜合性技術(shù)。它利用物理或數(shù)學方法來建立模型，類比模擬現(xiàn)實過程或者建立假想系統(tǒng)，以尋求過程的規(guī)律，研究系統(tǒng)的動態(tài)特性，從而達到認識和改造實際系統(tǒng)的目的。計算機仿真技術(shù)是指以計算機為主要工具，運行真實系統(tǒng)或預(yù)研系統(tǒng)的仿真模型，通過對計算機輸出信息的分析與研究，實現(xiàn)對實際系統(tǒng)運行狀態(tài)和演化規(guī)律的綜合評估與預(yù)測。它是分析評價現(xiàn)有系統(tǒng)運行狀態(tài)或設(shè)計優(yōu)化未來系統(tǒng)性能與功能的一種技術(shù)手段，在工程設(shè)計、航空航天、交通運輸、經(jīng)濟管理、生態(tài)環(huán)境、通信網(wǎng)絡(luò)和計算機集成等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。仿真技術(shù)從20世紀30年代起步以來，歷經(jīng)了機械物理仿真階段、電子物理仿真階段和全數(shù)字化仿真階段，應(yīng)用范圍也從最初的飛行訓練器擴大到20世紀90年代的多武器平臺在作戰(zhàn)環(huán)境下的體系對抗仿真。當前，仿真技術(shù)的應(yīng)用在廣度、深度和規(guī)模上都得到了很大的發(fā)展，已經(jīng)滲透到工業(yè)、生物、環(huán)境、社會經(jīng)濟等多個領(lǐng)域。由于仿真技術(shù)固有的特性，國外仿真技術(shù)的發(fā)展已形成體系，尤其是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，仿真技術(shù)的作用越來越顯著。目前，美國、英國、法國等國以仿真技術(shù)為核心，用高速計算機網(wǎng)絡(luò)已將各種試驗系統(tǒng)及有關(guān)研制機構(gòu)聯(lián)結(jié)起來形成一個完整的試驗體系，即分布式仿真試驗系統(tǒng)。在國外，仿真技術(shù)現(xiàn)已成為武器系統(tǒng)研制、評估的重要手段，而且已成為武器系統(tǒng)戰(zhàn)前演練、培訓作戰(zhàn)人員并為作戰(zhàn)決策者提供依據(jù)的手段。美國人正在著手進行“依靠仿真試驗，實現(xiàn)零次飛行試驗評估武器系統(tǒng)”的設(shè)想，更體現(xiàn)了仿真技術(shù)的優(yōu)越性，也體現(xiàn)了未來仿真技術(shù)的發(fā)展方向。在民用方面，以美國為代表的西方國家已開始形成仿真產(chǎn)業(yè)，仿真與CAD的結(jié)合、虛擬制造等，效益越來越大。簡言之，仿真（Simulation）是建立相應(yīng)物理系統(tǒng)的數(shù)學模型在計算機上解算的過程。數(shù)學模型是仿真的基礎(chǔ)，只有建立正確的數(shù)學模型和數(shù)據(jù)，才能得到正確的仿真結(jié)果，仿真才有意義和價值。

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