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1、1,仿真科学的发展,2,一、概述 仿真技术已经成为认识客观世界的第三种方法 在现在的技术发展形式下，将仿真作为一门科学来讨论、认识它的内容、研究它的理论基础，技术手段，对于推动仿真技术的发展是非常必要的。,3,4,5,概述,系统仿真的支撑技术,计算机技术,信息处理,网络技术,图形图像技术,多媒体技术,软件工程,自动控制,系统工程,6,二、发展过程,1、发展阶段： 二战末期到60年代，仿真技术在洲际导弹、阿波罗登月舵上的应用 ，电子模拟计算机、混合计算机的诞生。,7,8,9,2、成熟阶段： 在军事需求推动下，70年代，仿真技术不但在军用领域迅速发展，而且扩展到许多领域，出现了飞行模拟器、电站模拟
2、器、机车模拟器等。,10,11,12,13,3、高级阶段： 美国建成了先进的半实物仿真系统、红外成像寻地制导半实物仿真系统的、大型毫米波仿真系统（MSS-2），复合制导仿真系统（共孔径毫米波和红外双模制导半实物仿真系统） 分布交互仿真系统,14,15,人在回路中的仿真,16,实况仿真,17,实况仿真,18,分布交互仿真的产生,军事领域中训练的需求 国防领域的需求 联网仿真思想的提出,节约经费,典型例子:使用仿真器进行飞行员的训练。 主要用于替代训练 训练目的:单兵技能训练，未涉及一个战术背景下多架飞机的训练。 需求：群体协同训练 因此，迫切需要将单武器平台训练仿真器联接起来构成逼真的作战环境进
3、行训练。,武器系统的评估：系统性能评估 作战效能：武器装备体系与体系的对抗 作战环境的影响 使分散在各地的单武器平台仿真系统或仿真实验室能够连在一起组成网络，将武器系统和威胁环境联接起来进行评价。,1978年，美国空军基地上尉Thorpe发表了文章“Future Views：Aircrew Training 1980-2000”，提出了联网仿真的思想，希望受训人员在分布式虚拟战场环境中分辨不出训练系统与真实系统的真假。,19,分布交互仿真的产生,微处理器：相对廉价的计算机，运算速度快。 局域网和广域网：经济上可行。 实时计算机图像生成器：好的性能价格比。 仿真器设计方法的改进：以用户为中心的设
4、计思想， 训练仿真器的价格开始下降。,20,21,22,23,DIS 1989年至今,DIS的定义 DIS采用一致的结构、标准和算法，通过网络将分散在不同地理位置的不同类型的仿真应用和真实世界互联、互操作，建立一种人可以参与交互的综合环境。 DIS具有时空一致性、互操作性和可伸缩性。,24,DIS存在的问题,应用范围：应用于平台级连续、实时、人在回路的仿真 交互与通信方式：广播方式 协议的扩展：难于扩展 数据描述方式：缺乏灵活性 通信的有效性：信息传输冗余，带宽有限,25,ALSP的产生与发展,80年代末：DARPA发起了一个聚合级分布式作战仿真的实验 并委托Mitre公司对实验进行分析研究。
5、Mitre公司对照SIMNET对实验进行了技术分析 1990年1月，DARPA提出了聚合级仿真协议ALSP(Aggregate Level Simulation Protocol)的概念，主要研究聚合级的分布构造仿真系统的体系结构、标准和相应的关键技术 并将基于ALSP标准的分布交互仿真系统应用于美军的军事演习中 1992年，“中心堡垒92”、“回师德国92”、“聚焦镜头92”三次主要军事演习都使用了ALSP技术，使ALSP得到了改进和完善,26,HLA的提出,内在动力： 仿真可重用性 交互性,27,C+ Java Ada-95 CORBA IDL,Live Participants,Runt
6、ime Infrastructure (RTI),Federation Management Declaration Management Object Management Ownership Management Logical Time Management Data Distribution Management,Interface Specification,Federation,Simulation Surrogates,Data Collectors, Passive Viewers, etc.,Federation Execution Data,在HLA中，将用于达到某一特定仿
7、真目的分布仿真系统称为联邦(Federation) 联邦由若干个相互作用的联邦成员(Federate，或简称成员)构成。 最主要的一种联邦成员是仿真应用(Simulation)，仿真应用使用实体的模型来产生联邦中某一实体的动态行为。 其它类型的联邦成员有联邦管理器、数据收集器、数据监视器等。,规则 HLA接口规范HLA Interface Specification 对象模型模板Object Model Templates,核心:运行支撑框架Run Time Infrastructure (RTI),28,HLA is an Industry,HLA is accepted as a stan
8、dard by IEEE as well as OMG Commercial implementations of the Runtime Infrastructure are available commercially Pitch AB, Sweden Mitsubishi Space Software, Japan MaK Technologies, US SAIC, US Tools for building distributed simulations Data loggers System & sim management Simulation construction Obje
9、ct model adapters Training,29,4、新阶段： 复杂大系统仿真,30,三、仿真技术的应用,真实仿真 虚拟仿真 构造仿真 人在回路中仿真 硬件在回路中仿真 军事操作,31,1、军事领域的应用 系统装备研制工作 武器研制过程中，仿真系统能使新武器计划开始研制前能够充分检验武器系统的设计方案和战术技术性能的合理性，避免在实际研制过程中出现不合理的现象，缩短研制周期，并支持技术评估、系统更新、样机研制，可以以较低的代价提高武器系统的性能。,32,33,仿真技术应用,军事领域：,34,仿真技术应用,军事领域：,35,仿真技术应用,军事领域：,36,军事训练中的应用,37,38,
10、作战背景： 以德国和欧洲中部的一个50km*70km的战场环境为背景 目的： 不是以提高受训人员操作武器系统的熟练性为目的 将分散在各地的多个地面车辆（如坦克、装甲车）仿真器用计算机网络连接起来，进行各种复杂任务的训练 演示验证实时联网的人在回路中作战仿真和作战演习的可行性 最终达到降低训练成本，提高训练的安全性及减小对环境的不良影响的目的,SIMNET ：1983年-1989年,39,可选逼真度:采用多层次精度的模型 异步信息流程:按需要交流信息 商用网络技术:采用以太网和卫星专线 扩展了被复制状态信息:某个仿真器可存其它仿真器的状态信息 应用:连接11个城市260个训练仿真器,SIMNET
11、 ：1983年-1989年,40,SIMNET的发展历程： 1984.12: 第一次概念演示 1985.11: 第一次演示，涉及实时图像 1986.4: 第一次排级演示 1987: 引入直升机仿真器 1989年SIMNET计划结束，它已包含约260个仿真器(包括主战坦克、装甲车、雷达车、A-10对地攻击机等武器装备、步兵战车、直升飞机、定翼飞机、指挥所等)，这些仿真器分布在九个训练场所(其中四个位于欧洲)和两个研究场所。在演练过程中SIMNET中实体数最多可达约850个。,SIMNET ：1983年-1989年,41,42,43,44,45,DIS 应用,军事:STOW (Synthetic
12、theater of War)计划 1997年10月举行STOW97的联合演练，参演节点分布于美、英两国5个不同地点，通过ATM互联，有370多个参演平台，8000多人参加，使用了500750km2的合成地形环境，演示了天气变化、球形地面、自动化合成兵力指挥、动态目标、智能传感器以及与真实的C4I系统联接等多项功能。 民航空中交通管制、高速公路交通管理、飞船的交会和对接、娱乐行业,46,ALSP的应用,应用范围： 主要针对离散事件和逻辑时间的仿真系统 局限于军事演习领域的构造仿真 不能实现与其他两类仿真（实物仿真和虚拟仿真）间的互操作,47,分布式任务培训,48,分析与实验,49,分布式学习环
13、境,50,分布式虚拟环境,51,分布式游戏应用,52,仿真技术应用,军事训练,战斗场景仿真,武器装备研制,作战效能评估,军事领域：,53,Joint Modeling and Simulation System (J-MASS),54,J-MASS：Joint Modeling and Simulation System,JMASS的起源 起源于1983年美国空军电子战分析领域对电子战的通用建模系统的需求 开发了电子战数字评估系统（ECDES）以及相关的体系结构和标准 在国防部长办公室下属CROSSBOW委员会的资助下，成立了三军数字仿真指导小组，下设5个技术小组，分别是体系结构、导弹、雷达、
14、VV&A以及C3 1991年3月建立了联合电子战数字仿真体系结构(JECDSA） 同年9月更名为JMASS。,55,J-MASS：Joint Modeling and Simulation System,JMASS的发展 1998年以前是由空军负责开发，主要针对空军的需求进行研制 1998年以后，由国防部牵头、空军为主来开发面向多军种应用的系统 1998年10月14日在俄亥俄州的怀特-帕特森空军基地成立了JMASS项目办公室 1999年6月， JMASS项目办公室发布了它的需求建议 1999年10月开始下发合同。,56,J-MASS：Joint Modeling and Simulation
15、System,JMASS的发展 1993年1月 JMASS 1.0版 1993年10月 JMASS 2.0版 1996年9月 JMASS 3.0版 1997年12月 JMASS 3.2版 2000年1月 JMASS98 1.2版 2001年6月 JMASS 5.1版 2001年6月 JMASS 5.1版 2002年9月 JMASS 6.0版 它提供了对先期系统设计功能（IOC）的演示，而且包含对HLA的兼容性的支持,57,J-MASS：Joint Modeling and Simulation System,针对底层的工程设计与战术级系统的分析 JMASS不是一个仿真应用 可以视为仿真系统的软
16、件支撑环境，具有良好定义的建模接口标准。 包括一组工具集，以帮助建模人员建立、配置模型，将这些模型集成到仿真系统执行以及对仿真结果进行处理 JMASS为战术一级的建模提供了公共的作战仿真结构 基于JMASS的作战仿真系统包括JSIMS系统和JWARS系统,58,Joint Simulation System,59,产生背景： HLA标准建立之前，支持不同应用的仿真系统各成体系、标准不一、互操作性差 难以满足各军（兵）种联合训练的需求,执行HLA标准,JSIMS联合仿真系统,Joint Simulation System,60,目的： 通过提供不同类型使命任务个执行阶段逼真的联合训练来支持现役部队的训练/教育 通过提供战场空间的通用环境视图和作战视图，创造了一个无缝的一体化联合作战空间 它和战场空间范围内的C4I系统以及其他装备相互连接，为受训者提供一体化联合作战空间之间的交互 提供一个近似实战的联合训练环境，用于国家战略、联合作战乃至战术层次内容包括兵力机动、部署、作战、补给等任务的训练,Joi
