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半实务仿真 节选
nbsp; 序
仿真技术具有安全性、经济性和可重复性等特点，已成为继理论研究、科学实验
之后第三种科学研究的有力手段。仿真科学是在现代科学技术发展的基础上形成的
交叉科学。目前国内出版的仿真技术方面的著作较多，但系统的仿真科学与技术丛
书还很少。郭齐胜教授主编的“系统建模与仿真及其军事应用系列丛书”在这方面作
了有益的尝试。
该丛书分为基础、应用基础和应用三个层次，由《概念建模》、《系统建模》、《半实
物仿真》、《系统仿真》、《战场环境仿真》、《c。I系统建模与仿真》、《计算机生成兵力导
论》、《分布交互仿真及其军事应用》、《装备效能评估概论》、《装备作战仿真概论》10部
组成，系统、全面地介绍了系统建模与仿真的理论、方法和应用，既有作者多年来的教
学和科研成果，又反映了仿真科学与技术的前沿动态，体系完整，内容丰富，综合性
强，注重实际应用。该丛书出版前已在装甲兵工程学院等高校的本科生和研究生中
应用过多轮，适合作为仿真科学与技术方面的教材，也可作为广大科技和工程技术人
员的参考书。
相信该丛书的出版会对仿真科学与技术学科的发展起到积极的推动作用。
前言
半实物仿真是系统仿真的重要分支，是系统仿真技术在工程领域尤其是制导武器研
制领域的*早、也是*成功的应用。半实物仿真技术充分体现了系统仿真中系统、模型和
仿真的关系，以及仿真基本原理——相似原则的具体体现和实现方法，涉及面广，在数学、
物理、力学等基础学科，以及机械、电气、电子、光电、信息、计算机和网络技术中都有具体
应用。
仿真系统尤其是半实物仿真系统，其建设与具体仿真对象密切相关，与系统仿真中的
系统、模型和仿真作为其核心技术和概念相类似，作为系统仿真中*重要的相似关系，半
实物仿真的核心就是上述概念在半实物仿真系统中的具体体现，以及相似关系的构建和
实现。如果抛开具体的仿真对象，一般可以按照自然环境中存在的物理特性及其效应作
为共性的相似关系，研究这些物理特性的实验室模拟方法、构建半实物仿真系统、开展半
实物仿真试验，这就是半实物仿真技术的内涵。
本书力图脱离具体的仿真对象，分析半实物仿真中系统、模型和仿真等概念的具体内
涵，从系统物理特性、相似关系及其实现方法等方面，全面而系统地总结和介绍半实物仿
真技术。本书按照半实物仿真中涉及到的关键技术进行组织，从仿真计算技术、视景仿真
技术、目标与环境物理特性及其仿真技术、运动特性仿真技术、力与力矩特性仿真技术、卫
星定位信号仿真技术、半实物仿真系统设计与集成技术以及半实物仿真试验技术等方面，
对半实物仿真技术的内涵作了详细介绍。
本书在第1章、第2章介绍了系统仿真和半实物仿真的基本概念，重点阐述了系统仿
真和半实物仿真中系统、模型的关系及其具体体现。
第3章从仿真计算机技术、仿真软件技术和仿真算法三个方面介绍了仿真技术，读者
可以从中了解到半实物系统仿真中软硬件实时性实现技术的多种方案，便于根据实际情
况，从经济、使用、技术角度加以选择。
第4章针对人眼和光学成像设备的视景仿真问题，介绍了三维视觉建模理论和方法，
如何采用计算机实现三维图形生成、显示和输出方法，如何构建视景仿真系统。
制导武器是利用目标和环境的物理特性对其目标进行探测，从而获取目标与飞行器
的相对信息进行工作的，因此第5章从目标和环境的光学、电磁等物理特性建模人手，详
细介绍了典型目标及其环境的物理特性模型，根据特性及其仿真方法的不同，分别介绍可
见光、红外成像、激光、雷达射频、声波目标的各种半实物仿真方案和技术。
作为飞行器*基本的物理模拟设备——飞行模拟器，第6章从运动仿真的角度，重点
介绍了运动特性仿真中的控制系统技术，并详细介绍了分别用于姿态运动模拟——转台、
姿态和质心运动模拟——平台和质心运动模拟——离心台的组成原理和技术方案。
第7章从力与力矩特性的仿真技术和力伺服控制技术人手，并详细介绍了舵机负载
模拟器、力／触觉模拟器、压力模拟器等几种典型仿真设备及其实现技术。
与利用目标的射频特性进行制导的原理不同，卫星制导利用的是卫星定位信号。第
8章针对这类系统的仿真，首先介绍了卫星定位原理及其数学模型，然后从原理、模型、软
件和射频等方面详细介绍了卫星信号模拟器技术。
第9章则力图从系统论、方法论的角度介绍半实物仿真系统的总体设计和系统集成
技术。本章介绍了半实物仿真系统设计的一般思路，强调了设计中的基本原则，相似关系
和系统组成的确定原则，然后详细介绍了半实物仿真系统中仿真设备的指标论证方法、系
统VVA方法，以及半实物仿真系统中的接口技术。本章重点介绍了飞行器制导控制半实
物仿真系统的工作原理、相似关系及其相似方法，针对典型的应用实例，给出了详细的数
学模型和实现方法。
作为半实物仿真系统建设*终目的是开展仿真试验，为此第10章则从试验目的与要
求的制定、试验方案内容和流程设计、试验的启动与终止、试验故障处理、试验数据分析和
处理等方面，对半实物仿真试验的具体操作进行分析和总结。
本书编者多年从事系统建模与仿真、拟实系统理论和设计方法、计算机控制、控制工
程基础、微机原理与应用、导弹制导控制系统原理的教学工作，主持承担了多项制导弹药
型号、预研项目的制导控制系统设计和半实物仿真工作，建立了可兼容激光、电视、捷联／
卫星组合制导方式的制导弹药半实物仿真试验系统。本书是编者多年从事飞行器制导控
制与仿真教学与科研工作的总结，但也借鉴参考了同行专家的研究成果，在此表示衷心感
谢。虽然编者尽力避免，但仍难免挂一漏万，不足和错误之处，敬请读者批评指正。
本书的编写过程得到了北京理工大学系统与仿真实验室各位教师的大力协助，相关
研究生参与了资料收集、整理和排版工作，李钟武教授、刘藻珍教授对全书进行了审阅，提
出了很多宝贵意见，在此深表谢意。
编 者
2007年1月
半实务仿真 作者简介
p> 单家元，男，1967年6月3日出 生，湖北黄梅人．北京理工大学宇 航科学技术学院教授。博士生导师。 1 988年毕业于华中理工大学流体传 动与控制专业获工学学士学位， 1 991年毕业于北京理工大学流体传 动与控制专业获工学硕士学位。 1 999年在职毕业于北京理工大学控 制理论与控制工程专业获工学博士 学位。1 991年至今在北京理工大学 飞行器工程系任教。主要从事导航 制导与控制的教学和科研工作。主 要研究方向飞行器制导控制与仿真、 系统建模与仿真。 在国内外重要学术刊物发表论 文40余篇。获部级科技进步一等奖1 项。三等奖2项。2005年荣立国防 科工委型号装备研制三等功。2007 年入选教育部“新世纪优秀人才支 持计划”。 主持并完成了多项国防科研基 金、预研和型号项目。曾任某型号 主任设计师。现任某型号主任副总 设计师、某型号主任设计师。兼任 中国系统仿真学会副秘书长。《系 统工程与电子技术》常务理事、
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