《仿真系統分析與設計》是國防工業出版社2010年4月1日出版的圖書，作者是張毅。該書系統地介紹了系統仿真所需要的基本工具、方法與理論，並且給出了大量的工程實例。
基本介紹
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
《仿真系統分析與設計》分為四篇11章，首先介紹了MATLAB仿真系統設計理論與方法，然後從飛行模擬理論、飛行系統仿真、飛行操縱與運動模擬、視景與音響系統、計算機實時系統等幾個方面，全面分析了飛行模擬器系統設計的相關技術。在第三篇中重點闡述了虛擬現實技術的語言環境與設計技術。最後給出了具體的工程實例。
《仿真系統分析與設計》內容豐富、論述簡潔、密切聯繫實際，並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，以及相關的技術人員和科研工作者的參考書。
圖書目錄
第1章 緒論……………………………………………………………………… 1
1.1 仿真系統的組成、分類及作用………………………………………… 2
1.2 仿真算法和仿真軟體…………………………………………………… 3
1.3 飛行仿真技術…………………………………………………………… 5
1.3.1 飛行仿真系統組成…………………………………………… 6
1.3.2 飛行仿真系統設計的關鍵技術……………………………… 6
1.3.3 實時仿真技術………………………………………………… 8
1.4 虛擬現實與仿真技術…………………………………………………… 9
1.5 全書的基本結構和內容……………………………………………… 10
1.6 小結…………………………………………………………………… 12
1.7 習題…………………………………………………………………… 12
第一篇 MATLAB仿真系統
第2章 MATLAB語言程式設計……………………………………………… 13
2.1 MATLAB的工作環境……………………………………………… 13
2.1.1 CommandWindow指令窗簡介…………………………… 13
2.1.2 CommandHistory歷史指令窗和實錄指令diary ………… 16
2.1.3 CurrentDirectory及檔案管理……………………………… 17
2.1.4 WorkspaceBrowser工作空間瀏覽器……………………… 17
2.1.5 幫助系統……………………………………………………… 18
2.2 MATLAB的語言體系……………………………………………… 19
2.2.1 MATLAB的基本運算、數據結構與函式………………… 19
2.2.2 MATLAB控制流…………………………………………… 26
2.2.3 MATLAB函式……………………………………………… 28
2.3 MATLAB數值運算………………………………………………… 31
2.3.1 矩陣運算……………………………………………………… 31
2.3.2 數組運算……………………………………………………… 34
2.3.3 多項式處理…………………………………………………… 36
2.3.4 其他數值運算………………………………………………… 39
2.4 MATLAB的符號運算……………………………………………… 42
2.5 MATLAB的圖形圖像系統………………………………………… 43
2.5.1 MATLAB語言下的圖形繪製……………………………… 43
2.5.2 MATLAB圖形用戶界面設計技術………………………… 54
2.6 小結…………………………………………………………………… 63
2.7 習題…………………………………………………………………… 63
第3章 Slmulink建模與仿真………………………………………………… 65
3.1 Simulink數學建模與仿真…………………………………………… 65
3.1.1 Simulink的運行及視窗介紹……………………………… 65
3.1.2 Simulink的常用基本模組………………………………… 67
3.1.3 Simulink模型建立及操作………………………………… 77
3.1.4 Simulink仿真……………………………………………… 85
3.1.5 Simulink建模及仿真舉例………………………………… 90
3.1.6 封裝子系統…………………………………………………… 94
3.1.7 S 函式編寫及其套用……………………………………… 101
3.2 半實物仿真與實時控制……………………………………………… 107
3.2.1 Simulink實時工具仿真…………………………………… 109
3.2.2 xPC在實時仿真中的套用………………………………… 112
3.2.3 dSPACE模組及實時控制………………………………… 115
3.3 小結…………………………………………………………………… 119
3.4 習題…………………………………………………………………… 119
第二篇 飛行系統仿真
第4章 飛行模擬系統基礎…………………………………………………… 121
4.1 數學模型……………………………………………………………… 121
4.2 飛行系統仿真模型…………………………………………………… 122
4.2.1 坐標系及主要運動參數的定義…………………………… 123
4.2.2 運動模型建立……………………………………………… 125
4.2.3 系統仿真模型……………………………………………… 129
4.3 小結…………………………………………………………………… 133
4.4 習題…………………………………………………………………… 133
第5章 飛行模擬系統仿真…………………………………………………… 134
5.1 飛控模擬分系統……………………………………………………… 135
5.2 飛行模擬分系統……………………………………………………… 135
5.2.1 飛行仿真儀表……………………………………………… 136
5.2.2 發動機系統仿真…………………………………………… 145
5.3 導航模擬系統………………………………………………………… 149
5.3.1 慣性導航系統工作原理…………………………………… 149
5.3.2 慣性導航系統模擬………………………………………… 151
5.3.3 無線電通信系統仿真……………………………………… 153
5.3.4 無線電導航系統仿真……………………………………… 154
5.4 飛行管理系統仿真…………………………………………………… 161
5.4.1 典型飛行管理系統的總體結構…………………………… 162
5.4.2 典型飛行管理系統的仿真………………………………… 162
5.5 小結…………………………………………………………………… 173
5.6 習題…………………………………………………………………… 173
第6章 飛行操縱系統與運動模擬系統……………………………………… 174
6.1 飛行操縱系統………………………………………………………… 174
6.1.1 操縱負荷模擬原理及方法………………………………… 174
6.1.2 數學模型的建立…………………………………………… 175
6.1.3 數字式操縱負荷系統……………………………………… 178
6.2 運動模擬系統………………………………………………………… 181
6.2.1 運動系統概述……………………………………………… 181
6.2.2 六自由度平台運動系統…………………………………… 182
6.3 小結…………………………………………………………………… 194
6.4 習題…………………………………………………………………… 194
第7章 音響與視景系統……………………………………………………… 196
7.1 音響系統……………………………………………………………… 196
7.1.1 飛行模擬器音響系統原理………………………………… 196
7.1.2 三維真實感聲音效果及影響因素………………………… 198
7.1.3 飛行模擬器音響系統設計實例…………………………… 199
7.2 視景系統……………………………………………………………… 203
7.2.1 概述………………………………………………………… 203
7.2.2 視景仿真基礎預處理技術………………………………… 204
7.2.3 視景仿真建模技術研究…………………………………… 211
7.2.4 視景實時解算技術………………………………………… 216
7.2.5 視景效果影響因素及視景顯示技術……………………… 216
7.3 小結…………………………………………………………………… 222
7.4 習題…………………………………………………………………… 222
第8章 計算機實時仿真系統………………………………………………… 223
8.1 計算機系統…………………………………………………………… 223
8.1.1 計算機系統功能及組成…………………………………… 223
8.1.2 分布互動仿真……………………………………………… 225
8.2 控制台系統…………………………………………………………… 232
8.2.1 控制台系統功能及原理…………………………………… 232
8.2.2 控制台系統實現…………………………………………… 233
8.2.3 關鍵技術難點……………………………………………… 236
8.3 計算機實時仿真過程若干問題研究………………………………… 237
8.3.1 實時仿真模型的積分算法和步長的選取………………… 237
8.3.2 實時仿真的可信度分析(VV&A)………………………… 239
8.3.3 仿真的實時性分析………………………………………… 240
8.3.4 實時仿真過程中多採樣頻率混合情況處理……………… 242
8.3.5 實時仿真的精度和誤差分析……………………………… 243
8.3.6 系統的抗干擾問題………………………………………… 245
8.4 小結…………………………………………………………………… 246
8.5 習題…………………………………………………………………… 247
第三篇 虛擬現實技術
第9章 虛擬現實開發環境…………………………………………………… 248
9.1 虛擬現實技術概述…………………………………………………… 248
9.1.1 虛擬現實技術的簡介……………………………………… 248
9.1.2 虛擬現實技術的特徵……………………………………… 250
9.1.3 虛擬現實技術的套用及發展趨勢………………………… 251
9.1.4 虛擬現實與系統仿真……………………………………… 253
9.2 建模軟體介紹………………………………………………………… 253
9.2.1 Creator環境建模軟體……………………………………… 253
9.2.2 MultiGenCreator的構成………………………………… 254
9.2.3 OpenFlight數據結構……………………………………… 255
9.2.4 Creator基本使用…………………………………………… 257
9.2.5 CTS地形建模軟體簡介…………………………………… 266
9.2.6 CTS主要特性……………………………………………… 266
9.3 MapInfo仿真軟體及其套用……………………………………… 267
9.3.1 地理信息系統簡介………………………………………… 267
9.3.2 MapInfo仿真軟體簡介…………………………………… 269
9.3.3 MapX控制項概述…………………………………………… 272
9.3.4 MapX套用實例…………………………………………… 283
9.4 GLStudio仿真軟體及其套用……………………………………… 291
9.4.1 GLStudio仿真軟體簡介………………………………… 291
9.4.2 GLStudio界面…………………………………………… 292
9.4.3 GLStudio的套用實例…………………………………… 293
9.5 VegaPrime仿真軟體及其套用…………………………………… 304
9.5.1 VegaPrime仿真軟體簡介………………………………… 304
9.5.2 VegaPrime仿真軟體組成………………………………… 305
9.5.3 LynxPrime增強模組……………………………………… 306
9.5.4 LynxPrime界面…………………………………………… 310
9.5.5 VegaPrime套用實例……………………………………… 313
9.5.6 API函式設計……………………………………………… 323
9.6 OpenGVS仿真軟體………………………………………………… 324
9.6.1 OpenGVS簡介…………………………………………… 324
9.6.2 OpenGVS軟體層………………………………………… 325
9.7 小結…………………………………………………………………… 325
9.8 習題…………………………………………………………………… 326
第10章 基於虛擬現實的系統開發技術…………………………………… 327
10.1 三維視景開發框架………………………………………………… 327
10.1.1 概述………………………………………………………… 327
10.1.2 三維視景框架結構………………………………………… 327
10.1.3 結構描述…………………………………………………… 330
10.2 基於VegaPrime海浪特效模擬………………………………… 338
10.2.1 系統需求…………………………………………………… 338
10.2.2 系統實現…………………………………………………… 339
10.2.3 程式完整代碼……………………………………………… 341
10.3 小結………………………………………………………………… 344
10.4 習題………………………………………………………………… 344
第四篇 仿真實例
第11章 系統仿真設計實例………………………………………………… 345
11.1 彈目交會可視化仿真系統設計及實現…………………………… 345
11.1.1 總體結構…………………………………………………… 345
11.1.2 系統組成…………………………………………………… 346
11.1.3 系統功能…………………………………………………… 346
11.1.4 實現流程…………………………………………………… 347
11.1.5 詳細設計…………………………………………………… 349
11.1.6 軟體運行界面……………………………………………… 370
11.2 飛行器實時半實物仿真系統……………………………………… 373
11.2.1 實時半實物仿真的工作原理……………………………… 373
11.2.2 系統迴路的硬體組成及接口……………………………… 375
11.2.3 仿真軟體設計……………………………………………… 377
11.2.4 通信協定…………………………………………………… 380
11.2.5 仿真可視化………………………………………………… 382
11.3 飛行控制與慣性導航仿真訓練系統……………………………… 385
11.3.1 系統組成…………………………………………………… 385
11.3.2 系統實現…………………………………………………… 387
11.3.3 系統軟體的設計和實現…………………………………… 388
11.4 小結………………………………………………………………… 396
11.5 習題………………………………………………………………… 397
參考文獻………………………………………………………………………… 398
1.1 仿真系統的組成、分類及作用………………………………………… 2
1.2 仿真算法和仿真軟體…………………………………………………… 3
1.3 飛行仿真技術…………………………………………………………… 5
1.3.1 飛行仿真系統組成…………………………………………… 6
1.3.2 飛行仿真系統設計的關鍵技術……………………………… 6
1.3.3 實時仿真技術………………………………………………… 8
1.4 虛擬現實與仿真技術…………………………………………………… 9
1.5 全書的基本結構和內容……………………………………………… 10
1.6 小結…………………………………………………………………… 12
1.7 習題…………………………………………………………………… 12
第一篇 MATLAB仿真系統
第2章 MATLAB語言程式設計……………………………………………… 13
2.1 MATLAB的工作環境……………………………………………… 13
2.1.1 CommandWindow指令窗簡介…………………………… 13
2.1.2 CommandHistory歷史指令窗和實錄指令diary ………… 16
2.1.3 CurrentDirectory及檔案管理……………………………… 17
2.1.4 WorkspaceBrowser工作空間瀏覽器……………………… 17
2.1.5 幫助系統……………………………………………………… 18
2.2 MATLAB的語言體系……………………………………………… 19
2.2.1 MATLAB的基本運算、數據結構與函式………………… 19
2.2.2 MATLAB控制流…………………………………………… 26
2.2.3 MATLAB函式……………………………………………… 28
2.3 MATLAB數值運算………………………………………………… 31
2.3.1 矩陣運算……………………………………………………… 31
2.3.2 數組運算……………………………………………………… 34
2.3.3 多項式處理…………………………………………………… 36
2.3.4 其他數值運算………………………………………………… 39
2.4 MATLAB的符號運算……………………………………………… 42
2.5 MATLAB的圖形圖像系統………………………………………… 43
2.5.1 MATLAB語言下的圖形繪製……………………………… 43
2.5.2 MATLAB圖形用戶界面設計技術………………………… 54
2.6 小結…………………………………………………………………… 63
2.7 習題…………………………………………………………………… 63
第3章 Slmulink建模與仿真………………………………………………… 65
3.1 Simulink數學建模與仿真…………………………………………… 65
3.1.1 Simulink的運行及視窗介紹……………………………… 65
3.1.2 Simulink的常用基本模組………………………………… 67
3.1.3 Simulink模型建立及操作………………………………… 77
3.1.4 Simulink仿真……………………………………………… 85
3.1.5 Simulink建模及仿真舉例………………………………… 90
3.1.6 封裝子系統…………………………………………………… 94
3.1.7 S 函式編寫及其套用……………………………………… 101
3.2 半實物仿真與實時控制……………………………………………… 107
3.2.1 Simulink實時工具仿真…………………………………… 109
3.2.2 xPC在實時仿真中的套用………………………………… 112
3.2.3 dSPACE模組及實時控制………………………………… 115
3.3 小結…………………………………………………………………… 119
3.4 習題…………………………………………………………………… 119
第二篇 飛行系統仿真
第4章 飛行模擬系統基礎…………………………………………………… 121
4.1 數學模型……………………………………………………………… 121
4.2 飛行系統仿真模型…………………………………………………… 122
4.2.1 坐標系及主要運動參數的定義…………………………… 123
4.2.2 運動模型建立……………………………………………… 125
4.2.3 系統仿真模型……………………………………………… 129
4.3 小結…………………………………………………………………… 133
4.4 習題…………………………………………………………………… 133
第5章 飛行模擬系統仿真…………………………………………………… 134
5.1 飛控模擬分系統……………………………………………………… 135
5.2 飛行模擬分系統……………………………………………………… 135
5.2.1 飛行仿真儀表……………………………………………… 136
5.2.2 發動機系統仿真…………………………………………… 145
5.3 導航模擬系統………………………………………………………… 149
5.3.1 慣性導航系統工作原理…………………………………… 149
5.3.2 慣性導航系統模擬………………………………………… 151
5.3.3 無線電通信系統仿真……………………………………… 153
5.3.4 無線電導航系統仿真……………………………………… 154
5.4 飛行管理系統仿真…………………………………………………… 161
5.4.1 典型飛行管理系統的總體結構…………………………… 162
5.4.2 典型飛行管理系統的仿真………………………………… 162
5.5 小結…………………………………………………………………… 173
5.6 習題…………………………………………………………………… 173
第6章 飛行操縱系統與運動模擬系統……………………………………… 174
6.1 飛行操縱系統………………………………………………………… 174
6.1.1 操縱負荷模擬原理及方法………………………………… 174
6.1.2 數學模型的建立…………………………………………… 175
6.1.3 數字式操縱負荷系統……………………………………… 178
6.2 運動模擬系統………………………………………………………… 181
6.2.1 運動系統概述……………………………………………… 181
6.2.2 六自由度平台運動系統…………………………………… 182
6.3 小結…………………………………………………………………… 194
6.4 習題…………………………………………………………………… 194
第7章 音響與視景系統……………………………………………………… 196
7.1 音響系統……………………………………………………………… 196
7.1.1 飛行模擬器音響系統原理………………………………… 196
7.1.2 三維真實感聲音效果及影響因素………………………… 198
7.1.3 飛行模擬器音響系統設計實例…………………………… 199
7.2 視景系統……………………………………………………………… 203
7.2.1 概述………………………………………………………… 203
7.2.2 視景仿真基礎預處理技術………………………………… 204
7.2.3 視景仿真建模技術研究…………………………………… 211
7.2.4 視景實時解算技術………………………………………… 216
7.2.5 視景效果影響因素及視景顯示技術……………………… 216
7.3 小結…………………………………………………………………… 222
7.4 習題…………………………………………………………………… 222
第8章 計算機實時仿真系統………………………………………………… 223
8.1 計算機系統…………………………………………………………… 223
8.1.1 計算機系統功能及組成…………………………………… 223
8.1.2 分布互動仿真……………………………………………… 225
8.2 控制台系統…………………………………………………………… 232
8.2.1 控制台系統功能及原理…………………………………… 232
8.2.2 控制台系統實現…………………………………………… 233
8.2.3 關鍵技術難點……………………………………………… 236
8.3 計算機實時仿真過程若干問題研究………………………………… 237
8.3.1 實時仿真模型的積分算法和步長的選取………………… 237
8.3.2 實時仿真的可信度分析(VV&A)………………………… 239
8.3.3 仿真的實時性分析………………………………………… 240
8.3.4 實時仿真過程中多採樣頻率混合情況處理……………… 242
8.3.5 實時仿真的精度和誤差分析……………………………… 243
8.3.6 系統的抗干擾問題………………………………………… 245
8.4 小結…………………………………………………………………… 246
8.5 習題…………………………………………………………………… 247
第三篇 虛擬現實技術
第9章 虛擬現實開發環境…………………………………………………… 248
9.1 虛擬現實技術概述…………………………………………………… 248
9.1.1 虛擬現實技術的簡介……………………………………… 248
9.1.2 虛擬現實技術的特徵……………………………………… 250
9.1.3 虛擬現實技術的套用及發展趨勢………………………… 251
9.1.4 虛擬現實與系統仿真……………………………………… 253
9.2 建模軟體介紹………………………………………………………… 253
9.2.1 Creator環境建模軟體……………………………………… 253
9.2.2 MultiGenCreator的構成………………………………… 254
9.2.3 OpenFlight數據結構……………………………………… 255
9.2.4 Creator基本使用…………………………………………… 257
9.2.5 CTS地形建模軟體簡介…………………………………… 266
9.2.6 CTS主要特性……………………………………………… 266
9.3 MapInfo仿真軟體及其套用……………………………………… 267
9.3.1 地理信息系統簡介………………………………………… 267
9.3.2 MapInfo仿真軟體簡介…………………………………… 269
9.3.3 MapX控制項概述…………………………………………… 272
9.3.4 MapX套用實例…………………………………………… 283
9.4 GLStudio仿真軟體及其套用……………………………………… 291
9.4.1 GLStudio仿真軟體簡介………………………………… 291
9.4.2 GLStudio界面…………………………………………… 292
9.4.3 GLStudio的套用實例…………………………………… 293
9.5 VegaPrime仿真軟體及其套用…………………………………… 304
9.5.1 VegaPrime仿真軟體簡介………………………………… 304
9.5.2 VegaPrime仿真軟體組成………………………………… 305
9.5.3 LynxPrime增強模組……………………………………… 306
9.5.4 LynxPrime界面…………………………………………… 310
9.5.5 VegaPrime套用實例……………………………………… 313
9.5.6 API函式設計……………………………………………… 323
9.6 OpenGVS仿真軟體………………………………………………… 324
9.6.1 OpenGVS簡介…………………………………………… 324
9.6.2 OpenGVS軟體層………………………………………… 325
9.7 小結…………………………………………………………………… 325
9.8 習題…………………………………………………………………… 326
第10章 基於虛擬現實的系統開發技術…………………………………… 327
10.1 三維視景開發框架………………………………………………… 327
10.1.1 概述………………………………………………………… 327
10.1.2 三維視景框架結構………………………………………… 327
10.1.3 結構描述…………………………………………………… 330
10.2 基於VegaPrime海浪特效模擬………………………………… 338
10.2.1 系統需求…………………………………………………… 338
10.2.2 系統實現…………………………………………………… 339
10.2.3 程式完整代碼……………………………………………… 341
10.3 小結………………………………………………………………… 344
10.4 習題………………………………………………………………… 344
第四篇 仿真實例
第11章 系統仿真設計實例………………………………………………… 345
11.1 彈目交會可視化仿真系統設計及實現…………………………… 345
11.1.1 總體結構…………………………………………………… 345
11.1.2 系統組成…………………………………………………… 346
11.1.3 系統功能…………………………………………………… 346
11.1.4 實現流程…………………………………………………… 347
11.1.5 詳細設計…………………………………………………… 349
11.1.6 軟體運行界面……………………………………………… 370
11.2 飛行器實時半實物仿真系統……………………………………… 373
11.2.1 實時半實物仿真的工作原理……………………………… 373
11.2.2 系統迴路的硬體組成及接口……………………………… 375
11.2.3 仿真軟體設計……………………………………………… 377
11.2.4 通信協定…………………………………………………… 380
11.2.5 仿真可視化………………………………………………… 382
11.3 飛行控制與慣性導航仿真訓練系統……………………………… 385
11.3.1 系統組成…………………………………………………… 385
11.3.2 系統實現…………………………………………………… 387
11.3.3 系統軟體的設計和實現…………………………………… 388
11.4 小結………………………………………………………………… 396
11.5 習題………………………………………………………………… 397
參考文獻………………………………………………………………………… 398
