科研试验中仿真技术应用综述
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参 考 文献
２１ ． 仿真技术及其应用 仿真技术是 以相似原理 、 模型理论 、 信息技术以及 应用领域的有关 专业技术为基础 ， 以计算机系统 、 与应用有关的物理效 应设备及仿真器 为工具 ， 利用模型对系统（ 已有的或设想的） 进行研 究、 分析 、 评估 、 决策 或参与系统运行的一门多学科的综合性技术 ，其理论基 础主要包括 相 似理论、 控制理论 、 系统科学及计算机技术等。 ２ ． ２仿真试验技术应用 的发展历史 （） １仿真试验技术在测控领域 中的应用 测控领域仿真技术的发展经历了三个阶段 ： 世纪 ４ 年代末期 至 本 ０ ５ 年代 中期 ，主要 采用模 拟计 算机仿 真 ； 年代末期至 ６ 年代初期 ， Ｏ ５ ０ Ｏ 出现了混合仿真 系统 （ 数字计算机 和模拟计 算机混合系统 ）７ 年代初 ；０ 期 以后 ， 随着大规模 和超大规模集成 电路及其他微型器件的 出现 ， 数字
［ ］ 宗殿 ． ５张 拓展仿真试验 能力、 深化靶场鉴定 内涵． 海上靶场学术 ，
２ ０ ． ｐ ２— ０ ６ ２， ｐ ７
［］ ６ 田颖． 信息化条件 下军事装备靶 场仿真试验技 术应用研究． 海上 靶场学术 ， ０ ．，ｐ ５ ２ ２ ６１ｐ １ － １ ０
科技信息
高校理科研 究
科研试验巾仿真技术应用综述
装备 指挥技 术 学院 潘显俊 成 群 吴彦 鸿
［ 摘 要 ］ 与仿 真技术 已经成为继理论研 究和 实验研 究之后 第三种ｉ ｉ 、 建模 Ａ Ｔ 改造客观世界 的重要手段 ， ， 本文 总结仿真 试验技 术在 航天测控领域 、 军事装备靶 场、 电子靶场 中应用发展 历史和应用现状。 ［ 关键词 ］ 仿真技术 仿真试验 试验技 术
［］ ３ 蒋庆全． 仿真技 术在军事电子信 息 系统 中的应 用． 情报指挥控制 系统与仿 真技术，９８年 ， ６期，ｐ ４ ６ １９ 第 ｐ５— Ｏ ［］ ４ 何立萍． 国外电子战仿真技术及应用． 航天电子对抗 ， ２ 卷 第 第 １
１ ．０ ４ ｐ ５ —５ 期 ２ ０ 。ｐ １ ４
爱德华空军基地建一 个电子战系统试 验的微 波暗室 ，模拟 自由空 间的 电磁特性 ， 对综合电子战设备和航空电子设备进行系统级试验 。 ３结 束语 ． 世界新军事变革 呈加速 发展趁 势，正 以时不我待的紧迫感积极推 进中国特色军事 变革 ， 加速我军 由机械化 向信息化的转变 ， 信息化条件 下靶场试验的科 学发展也是这一转史 中的战略任务 。积极利用现代仿 真技术的发展成果 ， 加强仿真技术顶层设计 、 标准建设 ， 科学管理 ， 积极 稳妥利用仿真技术探索科研试验管理体制和模式革新研究 ， 统筹协 调 、 实现我国试验靶场科研试验水平又好 又快发展。
计算机的速度、性能 获得 了惊人 的进展 ，数字仿真逐渐走上 了历史舞 台 ， 占据了测控仿真领域 的主导地位。 并 国外航天仿真 的研究起步于本世纪 ５ 年代。美 国在“ Ｏ 双子星座” 、 “ 阿波罗” 等载人 飞船计划的实施 中， 建立 了一系列的仿真设施 ， 进行 了
大量 的“ 人在 回路 中”珊ａ—ｎ ｔｅｌｏ） （ ｎ ｉ—ｈ—ｏｐ的实时仿真实验 ， 保证 了这些计 划 的完成 。前苏联 ／ 俄罗斯 的地面仿真系统曾数次解决 了飞行 中的航 天器 的突发性故障 ， 为任务的顺利完成做出 了巨大贡献 。６ 年代初 期 ０
１引 言 ．
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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～项通用 性、 战略性技术。建模与仿真技术 正向“ 网络化 、 虚拟化 、 智能化 、 同 协 化、 普适化 ” 为特征 的现代 化方 向发 展 ， 已成功 地应用 于航空航 天 、 信 息、 生物 、 料等高新技术和工业 、 材 农业 、 商业 、 军事 、 社会 、 生活服务等 众 多领域。建模与仿真技术 ， 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 。
“ 双子星座 ” 飞船与“ 阿金纳” 标器交会对接仿真研究 ；０ 目 ６ 年代末期“ 阿
波罗” 飞船的指挥服务舱与登 月舱在月球轨道进行交会对接 ，Ｏ年代美 ７ 国第一个空 间站一“ 天空实验 室” 阿波罗” 与“ 飞船 的交会对 接以及航 天 飞机与 “ 自由”号空间站的交会 对接所 进行的仿 真技术研究 和设备研 制。
［］ １ 李伯虎． 现代建模与仿 真技 术发展 中的几个焦点． 系统仿真学报，
Ｖｏ ． ６ １ Ｎｏ ９ ｅ ｔ ０ ４ ｐ １ ７ —１ ７ １ ．Ｓ ｐ ． ０ ，ｐ ８ １ ８ ８ ２
［］ ２ 李伯虎 ． 现代仿 真技 术发 展 中的两个 热点． 系统仿真 学报 ，ｏ Ｖ１ ．
１Ｎｏ１ ａ．０ １ ｐ ｌ １ １５ ３ ．Ｊｎ２ ０ ， ｐ０ — ０
我 国在航天测控领域 的仿真技术也进行 了卓有成效 的研究 。主要 可以分 为两类 ：一类是 以检 验地 面测控设备 的功能和性能为 目的的模 拟仿真 ， 即载人航天器模 拟器 ； 另一类是 以演练指控 中心 的软硬件 以及 操作指挥人员为 目的的全数字仿真 ， 即实时的“ 人在 回路中” 真。 ０ ５ 仿 ２ ０ 年， 由我 国自主研制开发 的航天测控公用仿真平 台， 在西安卫星测控 中 心投入使用。该平 台可 以实现多 中心 、 多测站 、 多频段对 同一个航天器 进行测控仿真 ， 同时能对 ３颗卫星进行模拟仿真 。 还可以模拟太空卫星 故障 ， 检验操作人员面对事件的应急处理能力 ， 在平台上可以实现任务 前人员操作训 练， 有效增强工人员对卫星飞行程序 、 软件操作控制流程 以及卫星运动控制规律的感性认识 ， 提高实战能力。 （ ） 真试验技术在军事装备靶场 中的应用 ２仿 仿真试验技术 的应用具有显著的经济和军事效益。仿真试 验系统 的投入使用 ， 能实时或准实时地评估被试武器装 备的性能和精度 ； 尤其 能进行外场无法或难以实施 的试验 项 目， 减少外 场试验航次 、 短试验 缩 周期 、 节省试验经费 ， 提高试 验安全 。 以美 国响尾蛇空空导弹发展的三个 型号 为例加 以说 明。由于采用 仿真技术 ，每个型号研制靶试实 弹数 ，由型号 Ａ Ｍ ９ Ｉ 一 Ｄ的 １９ ２ 发减 至 Ａ Ｍ一 Ｍ的 ３ 。实弹数 的减少 ， Ｉ ９ ５发 型号间的继承性是一个因索 ， 主要 更 的是采用 了仿真技术 。 根据 国外对三种不同类型的爱 国者 、 罗兰特及尾 刺型地空导弹研制过程中的情 况统计 分析 可得 到如下结论 ：由于采用
２仿真 试 验 技 术 及 应 用 ．
仿真技术 ， 使靶试实弹数减少 了 ３ 一 ０ 研 制费用节省 了 １一 ０ 研 Ｏ ６ ％； Ｏ ４ ％； 制周期缩短 了 ３ — ０ 其效益颇高 。美 国先 进和 Ａ Ｒ Ａ 型中程空 ０ ４ ％， Ｍ ＡＭ 空导弹的系统仿真极 为成功 。 由于仿真试验充分 ， 在三次实弹试验后便 签订了导弹生产合 同。 国波音公 司亦对仿真作过效益分析 ， 美 它用实例 来说明问题假若做 ３ ０ 发实弹试验需两年周期 ， ００ 耗资 １ 亿美元 ， ． ２ 而作 同样 次数的仿真试验 ， 仅需三周时间， 只花费 ｌ ０万美元 。 （ ） 真试验技术在 电子战靶场 的应用 ３仿 电子战靶场可供利用 的仿真试验设施或系统主要包括电子战计算 机模型与仿 真系统 、 内场（ 室和暗室） 验电磁 环境仿真设 备和设 实验 试 施、 外场试验 电磁环境仿真设备 和设施 。 下面介绍外军几个最具代表性 的先进 电子战靶场的内、 外场试验 电磁环境仿 真设施或设备。 美 国陆军 电子战仿真试 验设施 主要是 瓦丘堡 电子靶场 的电磁环境 试验设施和 白沙导弹靶场的动态红外对抗模拟 系统 。瓦丘堡 电子靶场 电磁环境试验设施 １６ ９ ０年建成 ，主要是一个 ７米长 ，ｌ ｌ 米宽和 ６米高 的射频暗室 ，其中的主要试 验设备是武器 系统 电磁环境模拟器和威胁 模拟 系统。白沙导弹靶场 的动态 红外对 抗模 拟系统于 ７ ０年代 中期建 成， 由休 斯公司生产 ， 以 Ｐ Ｐ １／ 计算 机为基础 ， 它 Ｄ－１４ ３ 为战术导 弹提供 电子对抗环境 ， 鉴定地空导弹在电子战环境 中的性能。 美国海 军电子战靶场仿真试验设施主要是空战环境研制试验评估 设施 、电子 战研制试验威胁 电磁环境仿真设施和电子战作战试验威胁 电磁环境仿真设施 。空战环境研制试验评估设施是美国海军空战中心 于 １ ７ 开始建设并 于 １８ ９ ９年 ９ ３年建成 的，其关键部分是一个 １０英尺 ０ 长 、５ 尺宽和 ３ 英尺高的无回波 暗室 。 ６英 ５ 电子战研制试验威胁电磁环境仿真设 施和电子战作 战试验威胁 电 磁环境仿真设施是美 国海军电子战靶场 的外场仿真试 验设 备和设施 。 主要场 区有切萨皮克试验场 区、 中国湖电子作战试验场 区。 美 国空军埃格林 空军基地电子战系统试 验鉴定 中心 的电子 战电磁 试验设施 ，主要是武器电子设备系统飞行 前综合试 验设施 。该设施于 １８ ９ ８年建成 ， 主要用于机载 电子战和武器发射控制系统的地 面试验 。 在
２１ ． 仿真技术及其应用 仿真技术是 以相似原理 、 模型理论 、 信息技术以及 应用领域的有关 专业技术为基础 ， 以计算机系统 、 与应用有关的物理效 应设备及仿真器 为工具 ， 利用模型对系统（ 已有的或设想的） 进行研 究、 分析 、 评估 、 决策 或参与系统运行的一门多学科的综合性技术 ，其理论基 础主要包括 相 似理论、 控制理论 、 系统科学及计算机技术等。 ２ ． ２仿真试验技术应用 的发展历史 （） １仿真试验技术在测控领域 中的应用 测控领域仿真技术的发展经历了三个阶段 ： 世纪 ４ 年代末期 至 本 ０ ５ 年代 中期 ，主要 采用模 拟计 算机仿 真 ； 年代末期至 ６ 年代初期 ， Ｏ ５ ０ Ｏ 出现了混合仿真 系统 （ 数字计算机 和模拟计 算机混合系统 ）７ 年代初 ；０ 期 以后 ， 随着大规模 和超大规模集成 电路及其他微型器件的 出现 ， 数字
［ ］ 宗殿 ． ５张 拓展仿真试验 能力、 深化靶场鉴定 内涵． 海上靶场学术 ，
２ ０ ． ｐ ２— ０ ６ ２， ｐ ７
［］ ６ 田颖． 信息化条件 下军事装备靶 场仿真试验技 术应用研究． 海上 靶场学术 ， ０ ．，ｐ ５ ２ ２ ６１ｐ １ － １ ０
科技信息
高校理科研 究
科研试验巾仿真技术应用综述
装备 指挥技 术 学院 潘显俊 成 群 吴彦 鸿
［ 摘 要 ］ 与仿 真技术 已经成为继理论研 究和 实验研 究之后 第三种ｉ ｉ 、 建模 Ａ Ｔ 改造客观世界 的重要手段 ， ， 本文 总结仿真 试验技 术在 航天测控领域 、 军事装备靶 场、 电子靶场 中应用发展 历史和应用现状。 ［ 关键词 ］ 仿真技术 仿真试验 试验技 术
［］ ３ 蒋庆全． 仿真技 术在军事电子信 息 系统 中的应 用． 情报指挥控制 系统与仿 真技术，９８年 ， ６期，ｐ ４ ６ １９ 第 ｐ５— Ｏ ［］ ４ 何立萍． 国外电子战仿真技术及应用． 航天电子对抗 ， ２ 卷 第 第 １
１ ．０ ４ ｐ ５ —５ 期 ２ ０ 。ｐ １ ４
爱德华空军基地建一 个电子战系统试 验的微 波暗室 ，模拟 自由空 间的 电磁特性 ， 对综合电子战设备和航空电子设备进行系统级试验 。 ３结 束语 ． 世界新军事变革 呈加速 发展趁 势，正 以时不我待的紧迫感积极推 进中国特色军事 变革 ， 加速我军 由机械化 向信息化的转变 ， 信息化条件 下靶场试验的科 学发展也是这一转史 中的战略任务 。积极利用现代仿 真技术的发展成果 ， 加强仿真技术顶层设计 、 标准建设 ， 科学管理 ， 积极 稳妥利用仿真技术探索科研试验管理体制和模式革新研究 ， 统筹协 调 、 实现我国试验靶场科研试验水平又好 又快发展。
计算机的速度、性能 获得 了惊人 的进展 ，数字仿真逐渐走上 了历史舞 台 ， 占据了测控仿真领域 的主导地位。 并 国外航天仿真 的研究起步于本世纪 ５ 年代。美 国在“ Ｏ 双子星座” 、 “ 阿波罗” 等载人 飞船计划的实施 中， 建立 了一系列的仿真设施 ， 进行 了
大量 的“ 人在 回路 中”珊ａ—ｎ ｔｅｌｏ） （ ｎ ｉ—ｈ—ｏｐ的实时仿真实验 ， 保证 了这些计 划 的完成 。前苏联 ／ 俄罗斯 的地面仿真系统曾数次解决 了飞行 中的航 天器 的突发性故障 ， 为任务的顺利完成做出 了巨大贡献 。６ 年代初 期 ０
１引 言 ．
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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～项通用 性、 战略性技术。建模与仿真技术 正向“ 网络化 、 虚拟化 、 智能化 、 同 协 化、 普适化 ” 为特征 的现代 化方 向发 展 ， 已成功 地应用 于航空航 天 、 信 息、 生物 、 料等高新技术和工业 、 材 农业 、 商业 、 军事 、 社会 、 生活服务等 众 多领域。建模与仿真技术 ， 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 。
“ 双子星座 ” 飞船与“ 阿金纳” 标器交会对接仿真研究 ；０ 目 ６ 年代末期“ 阿
波罗” 飞船的指挥服务舱与登 月舱在月球轨道进行交会对接 ，Ｏ年代美 ７ 国第一个空 间站一“ 天空实验 室” 阿波罗” 与“ 飞船 的交会对 接以及航 天 飞机与 “ 自由”号空间站的交会 对接所 进行的仿 真技术研究 和设备研 制。
［］ １ 李伯虎． 现代建模与仿 真技 术发展 中的几个焦点． 系统仿真学报，
Ｖｏ ． ６ １ Ｎｏ ９ ｅ ｔ ０ ４ ｐ １ ７ —１ ７ １ ．Ｓ ｐ ． ０ ，ｐ ８ １ ８ ８ ２
［］ ２ 李伯虎 ． 现代仿 真技 术发 展 中的两个 热点． 系统仿真 学报 ，ｏ Ｖ１ ．
１Ｎｏ１ ａ．０ １ ｐ ｌ １ １５ ３ ．Ｊｎ２ ０ ， ｐ０ — ０
我 国在航天测控领域 的仿真技术也进行 了卓有成效 的研究 。主要 可以分 为两类 ：一类是 以检 验地 面测控设备 的功能和性能为 目的的模 拟仿真 ， 即载人航天器模 拟器 ； 另一类是 以演练指控 中心 的软硬件 以及 操作指挥人员为 目的的全数字仿真 ， 即实时的“ 人在 回路中” 真。 ０ ５ 仿 ２ ０ 年， 由我 国自主研制开发 的航天测控公用仿真平 台， 在西安卫星测控 中 心投入使用。该平 台可 以实现多 中心 、 多测站 、 多频段对 同一个航天器 进行测控仿真 ， 同时能对 ３颗卫星进行模拟仿真 。 还可以模拟太空卫星 故障 ， 检验操作人员面对事件的应急处理能力 ， 在平台上可以实现任务 前人员操作训 练， 有效增强工人员对卫星飞行程序 、 软件操作控制流程 以及卫星运动控制规律的感性认识 ， 提高实战能力。 （ ） 真试验技术在军事装备靶场 中的应用 ２仿 仿真试验技术 的应用具有显著的经济和军事效益。仿真试 验系统 的投入使用 ， 能实时或准实时地评估被试武器装 备的性能和精度 ； 尤其 能进行外场无法或难以实施 的试验 项 目， 减少外 场试验航次 、 短试验 缩 周期 、 节省试验经费 ， 提高试 验安全 。 以美 国响尾蛇空空导弹发展的三个 型号 为例加 以说 明。由于采用 仿真技术 ，每个型号研制靶试实 弹数 ，由型号 Ａ Ｍ ９ Ｉ 一 Ｄ的 １９ ２ 发减 至 Ａ Ｍ一 Ｍ的 ３ 。实弹数 的减少 ， Ｉ ９ ５发 型号间的继承性是一个因索 ， 主要 更 的是采用 了仿真技术 。 根据 国外对三种不同类型的爱 国者 、 罗兰特及尾 刺型地空导弹研制过程中的情 况统计 分析 可得 到如下结论 ：由于采用
２仿真 试 验 技 术 及 应 用 ．
仿真技术 ， 使靶试实弹数减少 了 ３ 一 ０ 研 制费用节省 了 １一 ０ 研 Ｏ ６ ％； Ｏ ４ ％； 制周期缩短 了 ３ — ０ 其效益颇高 。美 国先 进和 Ａ Ｒ Ａ 型中程空 ０ ４ ％， Ｍ ＡＭ 空导弹的系统仿真极 为成功 。 由于仿真试验充分 ， 在三次实弹试验后便 签订了导弹生产合 同。 国波音公 司亦对仿真作过效益分析 ， 美 它用实例 来说明问题假若做 ３ ０ 发实弹试验需两年周期 ， ００ 耗资 １ 亿美元 ， ． ２ 而作 同样 次数的仿真试验 ， 仅需三周时间， 只花费 ｌ ０万美元 。 （ ） 真试验技术在 电子战靶场 的应用 ３仿 电子战靶场可供利用 的仿真试验设施或系统主要包括电子战计算 机模型与仿 真系统 、 内场（ 室和暗室） 验电磁 环境仿真设 备和设 实验 试 施、 外场试验 电磁环境仿真设备 和设施 。 下面介绍外军几个最具代表性 的先进 电子战靶场的内、 外场试验 电磁环境仿 真设施或设备。 美 国陆军 电子战仿真试 验设施 主要是 瓦丘堡 电子靶场 的电磁环境 试验设施和 白沙导弹靶场的动态红外对抗模拟 系统 。瓦丘堡 电子靶场 电磁环境试验设施 １６ ９ ０年建成 ，主要是一个 ７米长 ，ｌ ｌ 米宽和 ６米高 的射频暗室 ，其中的主要试 验设备是武器 系统 电磁环境模拟器和威胁 模拟 系统。白沙导弹靶场 的动态 红外对 抗模 拟系统于 ７ ０年代 中期建 成， 由休 斯公司生产 ， 以 Ｐ Ｐ １／ 计算 机为基础 ， 它 Ｄ－１４ ３ 为战术导 弹提供 电子对抗环境 ， 鉴定地空导弹在电子战环境 中的性能。 美国海 军电子战靶场仿真试验设施主要是空战环境研制试验评估 设施 、电子 战研制试验威胁 电磁环境仿真设施和电子战作战试验威胁 电磁环境仿真设施 。空战环境研制试验评估设施是美国海军空战中心 于 １ ７ 开始建设并 于 １８ ９ ９年 ９ ３年建成 的，其关键部分是一个 １０英尺 ０ 长 、５ 尺宽和 ３ 英尺高的无回波 暗室 。 ６英 ５ 电子战研制试验威胁电磁环境仿真设 施和电子战作 战试验威胁 电 磁环境仿真设施是美 国海军电子战靶场 的外场仿真试 验设 备和设施 。 主要场 区有切萨皮克试验场 区、 中国湖电子作战试验场 区。 美 国空军埃格林 空军基地电子战系统试 验鉴定 中心 的电子 战电磁 试验设施 ，主要是武器电子设备系统飞行 前综合试 验设施 。该设施于 １８ ９ ８年建成 ， 主要用于机载 电子战和武器发射控制系统的地 面试验 。 在