1、系统仿真综述系统仿真综述系统仿真发展历史系统仿真发展历史n仿真又称作蒙特卡罗方法，它是一种通过用随机数做仿真又称作蒙特卡罗方法，它是一种通过用随机数做实验来求解随机问题的技术。实验来求解随机问题的技术。n基础理论的发展基础理论的发展n最早追溯到最早追溯到1773年法国自然学家年法国自然学家G.L.L.Buffon为了估计为了估计的的值所进行的物理实验。值所进行的物理实验。n第一个利用这种方法做随机数实验的人也许是美国统计学第一个利用这种方法做随机数实验的人也许是美国统计学家家E.L.De Forest，那是在，那是在1876年。年。n比较早使用蒙特卡罗方法的是比较早使用蒙特卡罗方法的是W.S.
2、Gosset，他在，他在1908年以年以“Student”为笔名发表论文时，使用了蒙特卡罗方法来证为笔名发表论文时，使用了蒙特卡罗方法来证明他的明他的t分布法分布法n1951年，但是直到约年，但是直到约75年之后年之后S.Ulam和和J.Von Newmann将将它命名为蒙特卡罗方法它命名为蒙特卡罗方法n计算机技术的发展计算机技术的发展系统仿真的定义系统仿真的定义Simulationn1961年年G.W.Morgenthlern指在实际系统尚不存在的情况下，对于系指在实际系统尚不存在的情况下，对于系统或活动本质的复现。统或活动本质的复现。n现在现在n系统仿真是通过对系统模型的实验，研究系统仿真
3、是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统一个存在的或设计中的系统n系统仿真是对系统动态模型的实验系统仿真是对系统动态模型的实验系统仿真的定义系统仿真的定义Simulationn雷诺雷诺(T.H.Naylor)于于1966年在其专著中对仿真年在其专著中对仿真作了如下定义：作了如下定义：“仿真是在数字计算机上进仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术，它包括数字与逻辑模行试验的数字化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或经型的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统济系统(或者它们的某些部分或者它们的某些部分)在若干周期内的在若干周期内的特征。特征。”n其它一些定
4、义只对仿真作一些概括的描述：其它一些定义只对仿真作一些概括的描述：n仿真就是模仿真实系统；仿真就是模仿真实系统；n仿真就是利用模型来作实验等等。仿真就是利用模型来作实验等等。n艾伦艾伦(A.Alan)在在1979年年8月出版的月出版的仿真仿真期刊上期刊上对众多的定义进行了综述对众多的定义进行了综述建模和仿真建模和仿真n三个基本要素：三个基本要素：n系统、系统模型、系统、系统模型、计算机。计算机。n三项要素的基本活动三项要素的基本活动n模型建立、仿真模型模型建立、仿真模型建立和仿真试验。建立和仿真试验。综合定义综合定义n系统仿真是建立在控制理论、相似理论、系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息
5、处理技术和计算技术等理论基础之信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其它专用物理效应设上的，以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合行分析研究，进而做出决策的一门综合性的和试验性的学科。性的和试验性的学科。n根据计算机类型根据计算机类型n模拟计算机仿真模拟计算机仿真n数字计算机仿真数字计算机仿真n模拟数字混合仿真模拟数字混合仿真n仿真时钟与实际时仿真时钟与实际
6、时钟的比例关系钟的比例关系n实时仿真实时仿真n欠欠(亚亚)实时仿真实时仿真n超实时仿真超实时仿真 系统模型的特性系统模型的特性 连续系统仿真连续系统仿真 离散事件系统仿真离散事件系统仿真 其他其他系系统统仿仿真真的的分分类类图图仿真模型仿真模型n物理模型物理模型静态物理模型静态物理模型动态物理模型动态物理模型n仿真数学模型仿真数学模型一次近似模型一次近似模型系统的数学模型系统的数学模型二次近似模型二次近似模型仿真数学模型仿真数学模型n半实物仿真（物理半实物仿真（物理-数学仿真）数学仿真）实物在仿真回路中实物在仿真回路中仿真模型的基本属性仿真模型的基本属性n相似性相似性n对应性对应性n重复性重复
7、性仿真实验仿真实验n符合仿真模型的基本属性符合仿真模型的基本属性n便于分析研究、参数优化便于分析研究、参数优化n具备良好的人机交互界面具备良好的人机交互界面仿真实验过程仿真实验过程仿真实验分级仿真实验分级逆向仿真建模逆向仿真建模n黑盒子黑盒子n已知输入与输出，不知系统的内部结构已知输入与输出，不知系统的内部结构n假定模型假定模型n仿真实验仿真实验n修正仿真模型修正仿真模型系统仿真技术应用领域系统仿真技术应用领域n声学、航天、农业、食品和营养、空气质量、天文学和天文物声学、航天、农业、食品和营养、空气质量、天文学和天文物理学、自动装置、发射学和军事应用、生物学、布朗运动、公理学、自动装置、发射学
8、和军事应用、生物学、布朗运动、公共汽车系统、化工、化学、密码、气候学、气象学和太阳能利共汽车系统、化工、化学、密码、气候学、气象学和太阳能利用、通信、计算机装置、计算机网络、相关作用、结晶学、剂用、通信、计算机装置、计算机网络、相关作用、结晶学、剂量学、电子学、能量、平均信息量、发酵、金融、火力科学、量学、电子学、能量、平均信息量、发酵、金融、火力科学、渔业、林业、打猎、卫生系统、放牧管理、全息照相术、信息渔业、林业、打猎、卫生系统、放牧管理、全息照相术、信息理论、保险、发明管理和政策、灌溉、就业、排队、维修、管理论、保险、发明管理和政策、灌溉、就业、排队、维修、管理、计划和决策、生产和分配制
9、度、医学课程、医药、微型计理、计划和决策、生产和分配制度、医学课程、医药、微型计算机、迁徒、采矿、模型制造、分子学、蒙特卡罗方法、自然算机、迁徒、采矿、模型制造、分子学、蒙特卡罗方法、自然资源计划、航海、核物理学、光学、视力测定、纸张和纸浆、资源计划、航海、核物理学、光学、视力测定、纸张和纸浆、纺织、寄生物学、药物动力学、摄影学、警察巡逻学、政治与纺织、寄生物学、药物动力学、摄影学、警察巡逻学、政治与选举、多能湿度表、人口、人口生态与野生生物管理、动力系选举、多能湿度表、人口、人口生态与野生生物管理、动力系统与机械、精神病学、随机数字、随机数与心理研究、随机数统与机械、精神病学、随机数字、随机
10、数与心理研究、随机数发生、可靠性、机器人和自动化、科学发现、社会体制和公共发生、可靠性、机器人和自动化、科学发现、社会体制和公共政策、空间飞行、统计、交通工程、运输、肿瘤生长、交通工政策、空间飞行、统计、交通工程、运输、肿瘤生长、交通工具设计等等。具设计等等。秦始皇兵马俑仿真秦始皇兵马俑仿真国内外现状国内外现状n计算机仿真技术是由系统工程、现代数计算机仿真技术是由系统工程、现代数学方法和计算机技术相结合的新兴学科。学方法和计算机技术相结合的新兴学科。n科学研究途径科学研究途径n理论推导、科学实验、仿真模拟理论推导、科学实验、仿真模拟n美国国家关键技术中被列为第美国国家关键技术中被列为第16项项
11、n武器和战场的仿真与国防有关项目武器和战场的仿真与国防有关项目n我国也得到应用我国也得到应用仿真计算机仿真计算机n银河仿真银河仿真I型计算机型计算机n银河仿真银河仿真II型计算机型计算机n银河实时仿真工作站银河实时仿真工作站n通用超级小型仿真机通用超级小型仿真机仿真软件仿真软件n专用仿真计算机软件系统专用仿真计算机软件系统n一般仿真软件一般仿真软件仿真的实现步骤仿真的实现步骤n问题的提出问题的提出n模型的建立模型的建立n数据需求数据需求n模型转换模型转换n论证和计划论证和计划n实验实验n分析结果分析结果n修改和完善模型修改和完善模型n实施和文档实施和文档n系统维护系统维护仿真系统的作用和意义仿
12、真系统的作用和意义n(1)在方案设计阶段在方案设计阶段n通过作战运用研究，评定战术技术指标的合理通过作战运用研究，评定战术技术指标的合理性；性；n论证战术技术指标的可行性；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确定各分系统最佳指标并研究这些指标的协调性、可行性；性、可行性；n制导系统各模块功能的确定，作战体制研究，制导系统各模块功能的确定，作战体制研究，作战软件编制等作战软件编制等n控制系统设计；控制系统设计；n检验各种抗干扰措施的有效性；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；确定指控系统总体指标和方案；n全系统功能仿真。全系统功能仿真。仿真系
13、统的作用和意义仿真系统的作用和意义n(2)在武器研制阶段在武器研制阶段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；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；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；散区的配合效
14、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；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。靶场试验结合，设计最佳靶场试验方案，以提高经济效益。仿真系统的作用和意义仿真系统的作用和意义n(3)在武器定型阶段在武器定型阶段n进行全系统仿真，结合打靶确定武器系进行全系统仿真，结合打靶确定武器系统在作战空域内的精度及杀伤概率统在作战空域内的精度及杀伤概率n提供作战软件；提供作战软件；n研究定型过程出现的问题并加以解决；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与靶场试验结合对武器系统性能作出鉴定。定。仿真系统的作用和意义仿真系统的作用和意义n(4)武器装备部队阶段武器装备部队阶段n对部队使用过程发现的问题进行分析研对部队使用过程发现的问题进行分析研究并予以解决究并予以解决n协助部队进行训练和作战运用，攻防对协助部队进行训练和作战运用，攻防对策的研究；策的研究；n研究武器系统对付新的敌情和作战背景研究武器系统对付新的敌情和作战背景的能力；的能力；n武器系统的改进和研究。武器系统的改进和研究。n取得很高的经济效益取得很高的经济效益
