課程概述及系統(tǒng)仿真概論

1、2022-2-15編輯ppt11、課程概述及系統(tǒng)仿真概論、課程概述及系統(tǒng)仿真概論課程概述課程概述1、課程教學(xué)目的、課程教學(xué)目的2、教學(xué)內(nèi)容及基本要求、教學(xué)內(nèi)容及基本要求3、考核方式、考核方式系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論1、系統(tǒng)仿真的定義、系統(tǒng)仿真的定義2、幾個重要的概念：、幾個重要的概念：系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真3、計算機仿真：、計算機仿真：分類分類、步驟步驟、應(yīng)用應(yīng)用、發(fā)展發(fā)展2022-2-15編輯ppt2雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真概述概述雷達雷達：RADAR (RAdio Detection And Ranging)無線電探測與測距無線電探測與測距：用無線電方法發(fā)現(xiàn)目標并測定它們

2、在空間：用無線電方法發(fā)現(xiàn)目標并測定它們在空間的位置，因此雷達也稱為的位置，因此雷達也稱為“無線電定位無線電定位”（二維地面（二維地面/海面、海面、三維空間）。相應(yīng)地，我國的雷達分會稱為中國電子學(xué)會無三維空間）。相應(yīng)地，我國的雷達分會稱為中國電子學(xué)會無線電定位技術(shù)分會線電定位技術(shù)分會(網(wǎng)址：網(wǎng)址：)。雷達基本任務(wù)：發(fā)現(xiàn)目標并測量其距離、角度雷達基本任務(wù)：發(fā)現(xiàn)目標并測量其距離、角度(方位和仰角方位和仰角)、速度，以及從目標回波中獲取更多有關(guān)目標的信息速度，以及從目標回波中獲取更多有關(guān)目標的信息(如目標識如目標識別等別等)。可以概括為：。可以概括為：探測探測、定位定

3、位、成像成像、識別識別。2022-2-15編輯ppt3雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真概述概述雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真Radar System Simulation 先修課程先修課程概率論與數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、隨機信號分析、無線電定位原理與技術(shù)概率論與數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、隨機信號分析、無線電定位原理與技術(shù)后續(xù)后續(xù)：雷達系統(tǒng)導(dǎo)論、信號檢測理論、時間序列分析、無線電測向原理與技術(shù)、雷達：雷達系統(tǒng)導(dǎo)論、信號檢測理論、時間序列分析、無線電測向原理與技術(shù)、雷達系統(tǒng)建模與仿真、雷達系統(tǒng)仿真實驗系統(tǒng)建模與仿真、雷達系統(tǒng)仿真實驗 主要參考圖書主要參考圖書美美R.L.米切爾著，陳訓(xùn)達譯，米切爾著，陳訓(xùn)達譯，雷達

4、系統(tǒng)模擬雷達系統(tǒng)模擬，科學(xué)出版社，科學(xué)出版社，1982.7 TN955 M68 (Richard L. Mitchell, Radar Signal Simulation, Artech House, Inc. 1976) 經(jīng)典圖書經(jīng)典圖書B.R. Mahafza et al編寫編寫, Chapman & Hall/CRC出版的系列圖書出版的系列圖書 附程序附程序 Radar Systems Analysis and Design Using Matlab, 2000 (1st Ed.) Matlab Simulations for Radar Systems Design, 2004

5、 (2nd Ed.) Radar Signal Analysis and Processing Using Matlab, 2009王國玉等王國玉等, 電子系統(tǒng)建模仿真與評估電子系統(tǒng)建模仿真與評估, 國防科技大學(xué)出版社國防科技大學(xué)出版社, 19992022-2-15編輯ppt4雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真概述概述雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真Radar System Simulation 主要參考圖書主要參考圖書美美R.L.米切爾著，陳訓(xùn)達譯，米切爾著，陳訓(xùn)達譯，雷達系統(tǒng)模擬雷達系統(tǒng)模擬，科學(xué)出版社，科學(xué)出版社，1982.7 TN955 M68 (Richard L. Mitchell, Radar S

6、ignal Simulation, Artech House, Inc. 1976) 經(jīng)典圖書經(jīng)典圖書B.R. Mahafza et al編寫編寫, Chapman & Hall/CRC出版的系列圖書出版的系列圖書附附Matlab程序程序 Radar Systems Analysis and Design Using Matlab, 2000 (1st Ed.) Matlab Simulations for Radar Systems Design, 2004 (2nd Ed.) Radar Signal Analysis and Processing Using Matlab, 20

7、09D.K.Barton著，著，Artech House出版的系列圖書出版的系列圖書 Radar System Analysis, 1976 Modern Radar System Analysis, 1988(國內(nèi)中譯版，國防工業(yè)出版社國內(nèi)中譯版，國防工業(yè)出版社) Radar System Analysis and Modeling, 2005（附附Mathcad程序程序）（南京電子技術(shù)研究所譯，（南京電子技術(shù)研究所譯，雷達系統(tǒng)分析與建模雷達系統(tǒng)分析與建模，電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社，2007.6 ）王國玉等王國玉等, 電子系統(tǒng)建模仿真與評估電子系統(tǒng)建模仿真與評估, 國防科技大學(xué)出版社國

8、防科技大學(xué)出版社, 19992022-2-15編輯ppt5課程教學(xué)目的課程教學(xué)目的 雷達系統(tǒng)仿真是電子信息工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課，以先修課程相關(guān)知雷達系統(tǒng)仿真是電子信息工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課，以先修課程相關(guān)知識為基礎(chǔ)，全面地講述各種統(tǒng)計特性雜波的產(chǎn)生、參數(shù)估計及檢驗方法，并從識為基礎(chǔ)，全面地講述各種統(tǒng)計特性雜波的產(chǎn)生、參數(shù)估計及檢驗方法，并從目標散射模型、雷達信號波形、雷達信號處理等方面介紹雷達系統(tǒng)仿真的基本目標散射模型、雷達信號波形、雷達信號處理等方面介紹雷達系統(tǒng)仿真的基本概念與方法。本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生扎實的系統(tǒng)仿真理論基礎(chǔ)，提高綜合運用專概念與方法。本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生扎實的系統(tǒng)仿真理論

9、基礎(chǔ)，提高綜合運用專業(yè)知識水平，掌握雷達系統(tǒng)仿真的基本原理和方法，為從事雷達技術(shù)理論研究業(yè)知識水平，掌握雷達系統(tǒng)仿真的基本原理和方法，為從事雷達技術(shù)理論研究與工程設(shè)計打下基礎(chǔ)。與工程設(shè)計打下基礎(chǔ)。 課程基本要求課程基本要求 本課程的基本要求是培養(yǎng)學(xué)生具有以下的知識和技能：本課程的基本要求是培養(yǎng)學(xué)生具有以下的知識和技能：1、掌握系統(tǒng)仿真的理論知識，聯(lián)系實際綜合運用專業(yè)知識，培養(yǎng)創(chuàng)新意識；、掌握系統(tǒng)仿真的理論知識，聯(lián)系實際綜合運用專業(yè)知識，培養(yǎng)創(chuàng)新意識；2、掌握雷達系統(tǒng)仿真基本原理和基本方法；、掌握雷達系統(tǒng)仿真基本原理和基本方法； 3、掌握各種雜波、噪聲以及雷達信號的仿真方法；、掌握各種雜波、噪聲

10、以及雷達信號的仿真方法；4、掌握仿真結(jié)果分析的原理和方法。、掌握仿真結(jié)果分析的原理和方法。雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真概述概述2022-2-15編輯ppt6雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真概述概述課程教學(xué)內(nèi)容課程教學(xué)內(nèi)容 本課程教學(xué)具體內(nèi)容有：本課程教學(xué)具體內(nèi)容有：1、系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論（2學(xué)時）學(xué)時）系統(tǒng)仿真定義與建模、計算機仿真步驟系統(tǒng)仿真定義與建模、計算機仿真步驟2、蒙特卡洛方法和重要抽樣技術(shù)蒙特卡洛方法和重要抽樣技術(shù)（2學(xué)時）學(xué)時）蒙特卡洛基本原理、蒙特卡洛方法概率收斂性、重要抽樣技術(shù)、應(yīng)用實例蒙特卡洛基本原理、蒙特卡洛方法概率收斂性、重要抽樣技術(shù)、應(yīng)用實例3、各種分布白噪聲、色噪聲的產(chǎn)生各

11、種分布白噪聲、色噪聲的產(chǎn)生（6學(xué)時）學(xué)時）白噪聲的產(chǎn)生、高斯色噪聲的產(chǎn)生、非高斯色噪聲的產(chǎn)生、非高斯相干雜波的白噪聲的產(chǎn)生、高斯色噪聲的產(chǎn)生、非高斯色噪聲的產(chǎn)生、非高斯相干雜波的產(chǎn)生產(chǎn)生(PDF、PSD、復(fù)序列、復(fù)序列)4、參數(shù)與概率密度函數(shù)估計參數(shù)與概率密度函數(shù)估計（2學(xué)時）學(xué)時） 參數(shù)估計：矩估計法、極大似然法；參數(shù)估計：矩估計法、極大似然法； 概率密度函數(shù)估計：點統(tǒng)計量估計、直方圖及核估計。概率密度函數(shù)估計：點統(tǒng)計量估計、直方圖及核估計。 5、隨機數(shù)檢驗隨機數(shù)檢驗（2學(xué)時）學(xué)時）正態(tài)性檢驗、擬合性檢驗、獨立性檢驗、相關(guān)性檢驗正態(tài)性檢驗、擬合性檢驗、獨立性檢驗、相關(guān)性檢驗 2022-2-1

12、5編輯ppt76、雷達系統(tǒng)模擬方法及雷達目標模型雷達系統(tǒng)模擬方法及雷達目標模型（2學(xué)時）學(xué)時）功能模擬、相干視頻信號模擬、雷達目標散射模型、目標起伏模型功能模擬、相干視頻信號模擬、雷達目標散射模型、目標起伏模型7、雷達信號波形和處理仿真雷達信號波形和處理仿真（4學(xué)時）學(xué)時）典型雷達信號波形、典型雷達信號波形仿真、雷達基本信號處理仿真典型雷達信號波形、典型雷達信號波形仿真、雷達基本信號處理仿真 8、空間信號、噪聲模型及波束形成空間信號、噪聲模型及波束形成（4學(xué)時）學(xué)時）遠場空間信號模型、空間噪聲模型、數(shù)字波束形成方法、數(shù)字波束形成仿真遠場空間信號模型、空間噪聲模型、數(shù)字波束形成方法、數(shù)字波束形成

13、仿真 學(xué)時安排學(xué)時安排 選修課，選修課，2.0學(xué)分，學(xué)分，30學(xué)時，具體分配如下：學(xué)時，具體分配如下：課堂講授課堂講授/討論：討論：24學(xué)時（第學(xué)時（第8-13周周一周周一3-4、周三、周三1-2節(jié)，電機樓節(jié)，電機樓1033）上機實驗：上機實驗：6學(xué)時（第學(xué)時（第12-13周，新技術(shù)樓周，新技術(shù)樓326） 雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真概述概述2022-2-15編輯ppt8雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真概述概述2012年秋季年秋季雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真實驗課計劃實驗課計劃序號序號開課開課實驗室實驗室課程課程總學(xué)總學(xué)時時課程課程名稱名稱課程編號課程編號實驗實驗學(xué)時學(xué)時上機上機學(xué)時學(xué)時實驗編號實驗編號實驗項

14、實驗項目名稱目名稱實驗實驗項目項目學(xué)時學(xué)時實驗實驗要求要求實驗實驗類型類型是否是否開放開放每組每組人數(shù)人數(shù)指導(dǎo)指導(dǎo)教師教師姓名姓名指導(dǎo)指導(dǎo)教師教師職稱職稱班級及人班級及人數(shù)數(shù)實驗課實驗課時間時間實驗課實驗課地點地點聯(lián)系電話聯(lián)系電話67電子工程實驗室30雷達系統(tǒng)仿真08S50522806008S5052280-001雜波和雜波和色噪聲色噪聲的產(chǎn)生的產(chǎn)生3必修綜合性否1謝俊好 教授 0905201, 0905203,27人第12周 周一18:30-21:00 新技術(shù)樓32686418051-30868電子工程實驗室30雷達系統(tǒng)仿真08S50522806008S5052280-001雜波和雜波和色噪

15、聲色噪聲的產(chǎn)生的產(chǎn)生3必修綜合性否1謝俊好 教授 0905202, 0936202,29人第12周 周三18:30-21:00 新技術(shù)樓32686418051-30869電子工程實驗室30雷達系統(tǒng)仿真08S50522806008S5052280-002雷達回雷達回波的仿波的仿真與分真與分析析3必修綜合性否1謝俊好 教授 0905201, 0905203,27人第13周 周一18:30-21:00 新技術(shù)樓32686418051-30870電子工程實驗室30雷達系統(tǒng)仿真08S50522806008S5052280-002雷達回雷達回波的仿波的仿真與分真與分析析3必修綜合性否1謝俊好 教授 090

16、5203, 0936202,29人第13周 周三18:30-21:00 新技術(shù)樓32686418051-3082022-2-15編輯ppt9 考核方式考核方式 根據(jù)學(xué)校相關(guān)規(guī)定及本課程教學(xué)方式安排，本課程考核包含兩部分：根據(jù)學(xué)校相關(guān)規(guī)定及本課程教學(xué)方式安排，本課程考核包含兩部分：1、課堂測驗：、課堂測驗：2次，成績比例次，成績比例10%2、大作業(yè)：、大作業(yè)：1次，成績比例次，成績比例20%3、上機實驗及報告：、上機實驗及報告：2次，成績比例次，成績比例70%雷達系統(tǒng)仿真雷達系統(tǒng)仿真概述概述2022-2-15編輯ppt10系統(tǒng)仿真的定義系統(tǒng)仿真的定義 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真就是進行模型試驗，通過系統(tǒng)模

17、型的試驗去研就是進行模型試驗，通過系統(tǒng)模型的試驗去研究一個已經(jīng)存在的或正在設(shè)計中的系統(tǒng)的過程。這個模型是究一個已經(jīng)存在的或正在設(shè)計中的系統(tǒng)的過程。這個模型是對系統(tǒng)的簡化提煉，能反映問題的本質(zhì)或主要矛盾，這種建對系統(tǒng)的簡化提煉，能反映問題的本質(zhì)或主要矛盾，這種建立在模型系統(tǒng)上的試驗技術(shù)稱之為仿真技術(shù)。立在模型系統(tǒng)上的試驗技術(shù)稱之為仿真技術(shù)?，F(xiàn)有系統(tǒng)現(xiàn)有系統(tǒng)：系統(tǒng)破壞性試驗、系統(tǒng)改造及性能評估等：系統(tǒng)破壞性試驗、系統(tǒng)改造及性能評估等新系統(tǒng)新系統(tǒng)：新系統(tǒng)方案論證、新系統(tǒng)性能評估等：新系統(tǒng)方案論證、新系統(tǒng)性能評估等系統(tǒng)仿真的必要性系統(tǒng)仿真的必要性：某些試驗危險且費用高某些試驗危險且費用高：宇航系統(tǒng)、核

18、反應(yīng)堆控制系統(tǒng)等：宇航系統(tǒng)、核反應(yīng)堆控制系統(tǒng)等某些試驗難以進行某些試驗難以進行：經(jīng)濟、社會、政治、人口、生態(tài)等非工：經(jīng)濟、社會、政治、人口、生態(tài)等非工程系統(tǒng)試驗等程系統(tǒng)試驗等系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論2022-2-15編輯ppt11系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念一、系統(tǒng)：泛指自然界的一切現(xiàn)象和過程。一、系統(tǒng)：泛指自然界的一切現(xiàn)象和過程。 比如一個音箱的電路，可以稱之為音箱電路系統(tǒng)。雷達系統(tǒng)可以分為比如一個音箱的電路，可以稱之為音箱電路系統(tǒng)。雷達系統(tǒng)可以分為天線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、信號處理分系統(tǒng)等。天線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、信號處理分系統(tǒng)等。工程系統(tǒng)工程

19、系統(tǒng)：根據(jù)某種需要，實現(xiàn)某種預(yù)定功能而構(gòu)成的系統(tǒng)。：根據(jù)某種需要，實現(xiàn)某種預(yù)定功能而構(gòu)成的系統(tǒng)。1、系統(tǒng)所包含的研究內(nèi)容、系統(tǒng)所包含的研究內(nèi)容實體：組成系統(tǒng)的具體對象。實體：組成系統(tǒng)的具體對象。屬性：實體所具有的每一種有效特性。屬性：實體所具有的每一種有效特性?；顒樱合到y(tǒng)對象隨時間變化而發(fā)生的變化?；顒樱合到y(tǒng)對象隨時間變化而發(fā)生的變化。 對一個電路系統(tǒng)來講，系統(tǒng)的實體包括各種元器件、電源對一個電路系統(tǒng)來講，系統(tǒng)的實體包括各種元器件、電源激勵激勵；系統(tǒng)屬性就是各種元器件的參數(shù)和特性；系統(tǒng)的活動就；系統(tǒng)屬性就是各種元器件的參數(shù)和特性；系統(tǒng)的活動就是電路震蕩，通過系統(tǒng)方程來描述。是電路震蕩，通過系統(tǒng)

20、方程來描述。2022-2-15編輯ppt12系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念2、系統(tǒng)特性、系統(tǒng)特性 系統(tǒng)是實體的集合，一個工程系統(tǒng)應(yīng)由兩個或兩個以上的有效系統(tǒng)是實體的集合，一個工程系統(tǒng)應(yīng)由兩個或兩個以上的有效環(huán)節(jié)組成。系統(tǒng)的各個組成部分有機地結(jié)合在一起。例如電路就是環(huán)節(jié)組成。系統(tǒng)的各個組成部分有機地結(jié)合在一起。例如電路就是按照一定的規(guī)律連接在一起。雷達系統(tǒng)由各個分系統(tǒng)組成。組成系按照一定的規(guī)律連接在一起。雷達系統(tǒng)由各個分系統(tǒng)組成。組成系統(tǒng)的實體是相互關(guān)聯(lián)的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，各個實體應(yīng)當相互統(tǒng)的實體是相互關(guān)聯(lián)的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，各個實體應(yīng)當相互聯(lián)系，相互作用，即系統(tǒng)的

21、每個環(huán)節(jié)之間存在信息流動和信息反饋聯(lián)系，相互作用，即系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)之間存在信息流動和信息反饋作用。作用。 例如：例如：雷達系統(tǒng)中接收子系統(tǒng)要把接收到的回波數(shù)據(jù)傳遞給基雷達系統(tǒng)中接收子系統(tǒng)要把接收到的回波數(shù)據(jù)傳遞給基本信號處理子系統(tǒng)，而基本信號處理子系統(tǒng)要把處理后的數(shù)據(jù)傳遞本信號處理子系統(tǒng)，而基本信號處理子系統(tǒng)要把處理后的數(shù)據(jù)傳遞給信號檢測子系統(tǒng)。根據(jù)信號處理系統(tǒng)計算的結(jié)果可能傳遞給發(fā)射給信號檢測子系統(tǒng)。根據(jù)信號處理系統(tǒng)計算的結(jié)果可能傳遞給發(fā)射機信號，提供是否改變系統(tǒng)參數(shù)的依據(jù)。這樣在雷達系統(tǒng)中完成了機信號，提供是否改變系統(tǒng)參數(shù)的依據(jù)。這樣在雷達系統(tǒng)中完成了數(shù)據(jù)的傳遞和反饋。數(shù)據(jù)的傳遞和反饋。2

22、022-2-15編輯ppt13系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念3、系統(tǒng)按預(yù)定的目標運行、系統(tǒng)按預(yù)定的目標運行 設(shè)計或者綜合一個系統(tǒng)，是為了實現(xiàn)預(yù)定的目的，也就是系統(tǒng)設(shè)計或者綜合一個系統(tǒng)，是為了實現(xiàn)預(yù)定的目的，也就是系統(tǒng)具有目的性。這種目的要包含兩個層次：具有目的性。這種目的要包含兩個層次：一是系統(tǒng)要完成特定的功能一是系統(tǒng)要完成特定的功能；二是完成基本功能的同時要使系統(tǒng)達到最優(yōu)化。二是完成基本功能的同時要使系統(tǒng)達到最優(yōu)化。 對于雷達首先要完成基本的目標探測功能，提供目標各個參數(shù)。對于雷達首先要完成基本的目標探測功能，提供目標各個參數(shù)。二是要合理地設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)，使雷達的性能達到

23、最優(yōu)，這是一項十二是要合理地設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)，使雷達的性能達到最優(yōu)，這是一項十分復(fù)雜的工作。分復(fù)雜的工作。4、系統(tǒng)的邊界和環(huán)境、系統(tǒng)的邊界和環(huán)境 抽象地說，系統(tǒng)的邊界包圍了所研究對象的所有部件，位于系抽象地說，系統(tǒng)的邊界包圍了所研究對象的所有部件，位于系統(tǒng)邊界之外的那些部件稱為環(huán)境。對于雷達系統(tǒng)，其環(huán)境主要是指統(tǒng)邊界之外的那些部件稱為環(huán)境。對于雷達系統(tǒng)，其環(huán)境主要是指外部電磁環(huán)境和雜波環(huán)境。外部電磁環(huán)境和雜波環(huán)境。2022-2-15編輯ppt14系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念5、系統(tǒng)類型、系統(tǒng)類型 系統(tǒng)的分類方法很多，可以從不同的角度來劃分系統(tǒng)類型：系統(tǒng)的分類方法很多，可以從

24、不同的角度來劃分系統(tǒng)類型：1）靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)）靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng) 靜態(tài)系統(tǒng)認為是相對不變的系統(tǒng)，與其相對應(yīng)，系統(tǒng)的狀態(tài)可靜態(tài)系統(tǒng)認為是相對不變的系統(tǒng)，與其相對應(yīng)，系統(tǒng)的狀態(tài)可改變時則稱之為動態(tài)系統(tǒng)。雷達顯然是一個動態(tài)系統(tǒng)。改變時則稱之為動態(tài)系統(tǒng)。雷達顯然是一個動態(tài)系統(tǒng)。 動態(tài)系統(tǒng)可以進一步分成兩類：一個系統(tǒng)的每個狀態(tài)，若其連動態(tài)系統(tǒng)可以進一步分成兩類：一個系統(tǒng)的每個狀態(tài)，若其連續(xù)的狀態(tài)是唯一確定的，這個系統(tǒng)就是續(xù)的狀態(tài)是唯一確定的，這個系統(tǒng)就是確定系統(tǒng)確定系統(tǒng)。隨機系統(tǒng)隨機系統(tǒng)是在既是在既定的條件和活動下，系統(tǒng)從隨機的一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)，就定的條件和活動下，系統(tǒng)從隨機的一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到

25、另一個狀態(tài)，就是說相同的輸入經(jīng)過系統(tǒng)轉(zhuǎn)換以后就會有不同的輸出結(jié)果。是說相同的輸入經(jīng)過系統(tǒng)轉(zhuǎn)換以后就會有不同的輸出結(jié)果。2）連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)）連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)2022-2-15編輯ppt15系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念二、系統(tǒng)模型：是系統(tǒng)某種特定性能的一種抽象形式。二、系統(tǒng)模型：是系統(tǒng)某種特定性能的一種抽象形式。 系統(tǒng)模型實質(zhì)是一個由研究目的所確定的，關(guān)于系統(tǒng)某一方面系統(tǒng)模型實質(zhì)是一個由研究目的所確定的，關(guān)于系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的抽象和簡化，并以某種形式來描述。本質(zhì)屬性的抽象和簡化，并以某種形式來描述。 模型可以描述系統(tǒng)的本質(zhì)和內(nèi)在的關(guān)系，通過對模型的分析研模型可以描

26、述系統(tǒng)的本質(zhì)和內(nèi)在的關(guān)系，通過對模型的分析研究，達到對原型系統(tǒng)的了解。系統(tǒng)模型的建立是系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)。究，達到對原型系統(tǒng)的了解。系統(tǒng)模型的建立是系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)。1、系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)、系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)相似性原理相似性原理 對于自然界任意的系統(tǒng)，存在另一個系統(tǒng)，它們在某種意義上對于自然界任意的系統(tǒng)，存在另一個系統(tǒng)，它們在某種意義上可以建立相似的數(shù)學(xué)描述或有相似的物理屬性?？梢越⑾嗨频臄?shù)學(xué)描述或有相似的物理屬性。 系統(tǒng)模型是以系統(tǒng)之間的相似性原理為基礎(chǔ)，一個系統(tǒng)可以用系統(tǒng)模型是以系統(tǒng)之間的相似性原理為基礎(chǔ)，一個系統(tǒng)可以用模型在某種意義上近似，這就是整個系統(tǒng)仿真的理論基礎(chǔ)。模型在某種意義上近似，這就是整

27、個系統(tǒng)仿真的理論基礎(chǔ)。2022-2-15編輯ppt16系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念2、系統(tǒng)模型的分類、系統(tǒng)模型的分類1）物理模型）物理模型 物理模型與實際系統(tǒng)具有相似的物理性質(zhì)，這些模型可以是按物理模型與實際系統(tǒng)具有相似的物理性質(zhì)，這些模型可以是按比例縮小的實物外形，如風(fēng)洞試驗的飛機外形和船體外形、天線系比例縮小的實物外形，如風(fēng)洞試驗的飛機外形和船體外形、天線系統(tǒng)中縮比試驗等。還有一種物理模型適于原系統(tǒng)性能完全一樣的樣統(tǒng)中縮比試驗等。還有一種物理模型適于原系統(tǒng)性能完全一樣的樣機模型，如生產(chǎn)過程中的樣機模型。機模型，如生產(chǎn)過程中的樣機模型。原理樣機（預(yù)研項目）、工程樣機（

28、裝備研制項目：初樣、正樣）原理樣機（預(yù)研項目）、工程樣機（裝備研制項目：初樣、正樣）2）數(shù)學(xué)模型）數(shù)學(xué)模型 用抽象的數(shù)學(xué)方程描述系統(tǒng)內(nèi)部物理變量之間的關(guān)系而建立起用抽象的數(shù)學(xué)方程描述系統(tǒng)內(nèi)部物理變量之間的關(guān)系而建立起來的模型，稱為該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。通過系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的研究可來的模型，稱為該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。通過系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的研究可以揭示系統(tǒng)的內(nèi)在運動和系統(tǒng)的動態(tài)性能。以揭示系統(tǒng)的內(nèi)在運動和系統(tǒng)的動態(tài)性能。2022-2-15編輯ppt17系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念 無論哪種模型都是從真實系統(tǒng)中抽象出來的。例如雷達運動模無論哪種模型都是從真實系統(tǒng)中抽象出來的。例如雷達運動

29、模型可簡化成近似勻速直線運動那么型可簡化成近似勻速直線運動那么R(t)=R+Vt。這就一個非常簡單。這就一個非常簡單的數(shù)學(xué)模型，但掌握了這個模型，就可以根據(jù)需要模擬出加速運動，的數(shù)學(xué)模型，但掌握了這個模型，就可以根據(jù)需要模擬出加速運動，變加速運動，非直線運動等一系列的數(shù)學(xué)模型。變加速運動，非直線運動等一系列的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類2022-2-15編輯ppt18系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念 應(yīng)用數(shù)學(xué)模型來解決實際問題時，必然涉及模型求解的技術(shù)，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型來解決實際問題時，必然涉及模型求解的技術(shù)，完成這個過程就可以獲得系統(tǒng)屬性的實際值。對于簡單的數(shù)學(xué)模型

30、完成這個過程就可以獲得系統(tǒng)屬性的實際值。對于簡單的數(shù)學(xué)模型可以用解析解，復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型則采用數(shù)值解。例如非線性規(guī)劃問可以用解析解，復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型則采用數(shù)值解。例如非線性規(guī)劃問題中最優(yōu)解的表達式一般不能用數(shù)學(xué)表達式來明確的表示出來，只題中最優(yōu)解的表達式一般不能用數(shù)學(xué)表達式來明確的表示出來，只能給出數(shù)值解。對這些問題的解決又涉及到最優(yōu)化計算問題，最終能給出數(shù)值解。對這些問題的解決又涉及到最優(yōu)化計算問題，最終歸結(jié)為求數(shù)學(xué)解的問題。歸結(jié)為求數(shù)學(xué)解的問題。2022-2-15編輯ppt19系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念數(shù)學(xué)模型的建模方法數(shù)學(xué)模型的建模方法（1）演繹法：）演繹法：通過定

31、理、定律、公理以及已經(jīng)驗證了的理論推導(dǎo)通過定理、定律、公理以及已經(jīng)驗證了的理論推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型。 這是最早的建模方法，這種方法適用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性很明確這是最早的建模方法，這種方法適用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性很明確的系統(tǒng)，可以利用已知的定律，如力、能量等平衡關(guān)系來確定系統(tǒng)的系統(tǒng)，可以利用已知的定律，如力、能量等平衡關(guān)系來確定系統(tǒng)的內(nèi)部的運動關(guān)系，大多數(shù)工程系統(tǒng)屬于這一類。電路系統(tǒng)、動力的內(nèi)部的運動關(guān)系，大多數(shù)工程系統(tǒng)屬于這一類。電路系統(tǒng)、動力學(xué)系統(tǒng)以及飛機的運動方程都可以采用演繹法來建立數(shù)學(xué)模型。學(xué)系統(tǒng)以及飛機的運動方程都可以采用演繹法來建立數(shù)學(xué)模型。比如，仿真雷達數(shù)據(jù)處理時的輸入數(shù)據(jù)，就是根據(jù)

32、運動方程建立目比如，仿真雷達數(shù)據(jù)處理時的輸入數(shù)據(jù)，就是根據(jù)運動方程建立目標的運動點跡模型。標的運動點跡模型。2022-2-15編輯ppt20系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念數(shù)學(xué)模型的建模方法數(shù)學(xué)模型的建模方法（2）歸納法：）歸納法：通過大量的試驗數(shù)據(jù)，分析總結(jié)歸納出數(shù)學(xué)模型。通過大量的試驗數(shù)據(jù)，分析總結(jié)歸納出數(shù)學(xué)模型。 對那些內(nèi)部結(jié)構(gòu)不十分明確的系統(tǒng)，可以根據(jù)對系統(tǒng)輸入、輸對那些內(nèi)部結(jié)構(gòu)不十分明確的系統(tǒng)，可以根據(jù)對系統(tǒng)輸入、輸出的測試數(shù)據(jù)來建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。出的測試數(shù)據(jù)來建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 例如，海雜波的模擬和仿真，最初的研究者是通過大量的試驗例如，海雜波的模擬和仿真，

33、最初的研究者是通過大量的試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析得出，對于高頻雷達來講，海雜波的幅度服從高數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析得出，對于高頻雷達來講，海雜波的幅度服從高斯分布的結(jié)論。斯分布的結(jié)論。（3）混合法：）混合法：就是將上述二者互相結(jié)合的一種建模方法。就是將上述二者互相結(jié)合的一種建模方法。 通常采用先驗知識確定系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)形式，然后再用歸納法通常采用先驗知識確定系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)形式，然后再用歸納法確定具體參數(shù)。一般來講這種方法是比較有效的。確定具體參數(shù)。一般來講這種方法是比較有效的。2022-2-15編輯ppt21系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念數(shù)學(xué)模型的建模原則數(shù)學(xué)模型的建模原則（1）真實

34、性）真實性 所建立的模型能確切反映和符合實際系統(tǒng)的本質(zhì)屬性和關(guān)系。所建立的模型能確切反映和符合實際系統(tǒng)的本質(zhì)屬性和關(guān)系。（2）實用性）實用性 在真實性的基礎(chǔ)上，要求所建模型既簡單明了，又能反映問題在真實性的基礎(chǔ)上，要求所建模型既簡單明了，又能反映問題的本質(zhì)，這樣可節(jié)省的本質(zhì)，這樣可節(jié)省建模的時間和求解的時間建模的時間和求解的時間，而且便于分析問題。，而且便于分析問題。（3）適應(yīng)性）適應(yīng)性 當實際系統(tǒng)由于某些具體條件發(fā)生變化時，要求模型具有一定當實際系統(tǒng)由于某些具體條件發(fā)生變化時，要求模型具有一定的適應(yīng)能力和使用范圍。的適應(yīng)能力和使用范圍。比如：雷達系統(tǒng)零部件失效分析（大型相控陣單元損失）比如：

35、雷達系統(tǒng)零部件失效分析（大型相控陣單元損失）2022-2-15編輯ppt22系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論幾個重要的概念幾個重要的概念三、系統(tǒng)仿真：用模型代替實際系統(tǒng)進行試驗，是不破壞真三、系統(tǒng)仿真：用模型代替實際系統(tǒng)進行試驗，是不破壞真實系統(tǒng)環(huán)境的情況下，為了研究系統(tǒng)特性而構(gòu)造并運行這種實系統(tǒng)環(huán)境的情況下，為了研究系統(tǒng)特性而構(gòu)造并運行這種真實系統(tǒng)模型的方法。真實系統(tǒng)模型的方法。1、物理仿真、物理仿真(實物仿真實物仿真)：以幾何相似或物理相似為基礎(chǔ)的仿真。以幾何相似或物理相似為基礎(chǔ)的仿真。2、數(shù)學(xué)仿真：、數(shù)學(xué)仿真：以數(shù)學(xué)模型相似為基礎(chǔ)的仿真。以數(shù)學(xué)模型相似為基礎(chǔ)的仿真。 用數(shù)學(xué)模型代替實際系統(tǒng)進行試

36、驗，模擬系統(tǒng)實際情況的變化，用數(shù)學(xué)模型代替實際系統(tǒng)進行試驗，模擬系統(tǒng)實際情況的變化，用定量化的方法分析系統(tǒng)變化的全過程。用定量化的方法分析系統(tǒng)變化的全過程。3、數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)物理仿真物理仿真(半實物仿真半實物仿真)：把數(shù)學(xué)模型、物理模型聯(lián)合一把數(shù)學(xué)模型、物理模型聯(lián)合一起仿真。起仿真。 隨著計算機的發(fā)展，計算機求解復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的功能越來隨著計算機的發(fā)展，計算機求解復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的功能越來越強，因此人們對計算機用于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)仿真越來越重視。越強，因此人們對計算機用于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)仿真越來越重視。2022-2-15編輯ppt23系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論計算機仿真計算機仿真 由于數(shù)學(xué)仿真的主要工具是計算

37、機，因此許多仿真工作俗稱為由于數(shù)學(xué)仿真的主要工具是計算機，因此許多仿真工作俗稱為計算機仿真。計算機仿真。一、計算機仿真的分類一、計算機仿真的分類1、模擬計算機仿真：、模擬計算機仿真：早期的數(shù)學(xué)仿真，當時采用模擬計算機。上早期的數(shù)學(xué)仿真，當時采用模擬計算機。上世紀五十年代后期，由于數(shù)字計算機迅速發(fā)展，數(shù)字仿真成為主流。世紀五十年代后期，由于數(shù)字計算機迅速發(fā)展，數(shù)字仿真成為主流。2、數(shù)字計算機仿真、數(shù)字計算機仿真 數(shù)字計算機只能對數(shù)碼進行基本運算。因此任何動態(tài)系統(tǒng)在數(shù)數(shù)字計算機只能對數(shù)碼進行基本運算。因此任何動態(tài)系統(tǒng)在數(shù)字機上仿真都必須將原系統(tǒng)變換成能在計算機進行數(shù)值計算的離散字機上仿真都必須將原

38、系統(tǒng)變換成能在計算機進行數(shù)值計算的離散時間模型。數(shù)字仿真需要研究各種仿真算法，常常我們需要把代表時間模型。數(shù)字仿真需要研究各種仿真算法，常常我們需要把代表系統(tǒng)模型的數(shù)學(xué)模型的表達式，變換成語言代碼，進行編譯，變成系統(tǒng)模型的數(shù)學(xué)模型的表達式，變換成語言代碼，進行編譯，變成計算機能夠執(zhí)行的機器代碼。計算機能夠執(zhí)行的機器代碼。2022-2-15編輯ppt24系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論計算機仿真計算機仿真3、混合計算機仿真、混合計算機仿真 是由模擬計算機和數(shù)字計算機通過接口（是由模擬計算機和數(shù)字計算機通過接口（A/D、D/A）組成的）組成的數(shù)字數(shù)字/模擬混合計算系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有模擬運算的快速性和數(shù)字計模

39、擬混合計算系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有模擬運算的快速性和數(shù)字計算機的高精度和靈活性的優(yōu)點。算機的高精度和靈活性的優(yōu)點。數(shù)字仿真的特點：數(shù)字仿真的特點：（1）數(shù)值計算的延遲）數(shù)值計算的延遲（2）仿真模型的數(shù)字化）仿真模型的數(shù)字化（3）計算精度高）計算精度高（4）實時仿真比模擬仿真困難，尤其對于復(fù)雜快速動態(tài)系統(tǒng)）實時仿真比模擬仿真困難，尤其對于復(fù)雜快速動態(tài)系統(tǒng)（5）利用計算機進行實物或半實物仿真需要）利用計算機進行實物或半實物仿真需要A/D、D/A變換器件變換器件2022-2-15編輯ppt25系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論計算機仿真計算機仿真二、計算機仿真的步驟二、計算機仿真的步驟 計算機仿真技術(shù)實質(zhì)就是建立計算

40、機仿真模型和進行仿真試驗計算機仿真技術(shù)實質(zhì)就是建立計算機仿真模型和進行仿真試驗的技術(shù)。它是通過試驗來分析求解問題的技術(shù)，通過仿真試驗，可的技術(shù)。它是通過試驗來分析求解問題的技術(shù)，通過仿真試驗，可以了解系統(tǒng)內(nèi)在聯(lián)系和系統(tǒng)狀態(tài)變化過程。以了解系統(tǒng)內(nèi)在聯(lián)系和系統(tǒng)狀態(tài)變化過程。1、模型建立階段：、模型建立階段：根據(jù)研究目的、系統(tǒng)原理和數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)模型，根據(jù)研究目的、系統(tǒng)原理和數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)模型，關(guān)鍵技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)是建模方法學(xué)建模方法學(xué)。（1）系統(tǒng)分析與描述）系統(tǒng)分析與描述 首先給出系統(tǒng)的詳細定義，明確系統(tǒng)的組成、邊界、環(huán)境和約首先給出系統(tǒng)的詳細定義，明確系統(tǒng)的組成、邊界、環(huán)境和約束。其次根據(jù)問題確定系統(tǒng)

41、的目標，以及目標能否達到的衡量標準。束。其次根據(jù)問題確定系統(tǒng)的目標，以及目標能否達到的衡量標準。同時對解決問題的途徑進行分析。同時對解決問題的途徑進行分析。2022-2-15編輯ppt26系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論計算機仿真計算機仿真（2）建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型）建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，確定系統(tǒng)中的變量，依據(jù)變量間的相互根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，確定系統(tǒng)中的變量，依據(jù)變量間的相互關(guān)系以及約束條件，將他們的數(shù)學(xué)的形式描述出來，并確定其中的關(guān)系以及約束條件，將他們的數(shù)學(xué)的形式描述出來，并確定其中的參數(shù)，即構(gòu)成系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。參數(shù)，即構(gòu)成系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 所建立的數(shù)學(xué)模型必須是對系統(tǒng)的那些與研究

42、目的有關(guān)的基本所建立的數(shù)學(xué)模型必須是對系統(tǒng)的那些與研究目的有關(guān)的基本特性的抽象，即利用數(shù)學(xué)模型所描述的變量及作用關(guān)系接近真實系特性的抽象，即利用數(shù)學(xué)模型所描述的變量及作用關(guān)系接近真實系統(tǒng)。同時根據(jù)模型建立的原則，在復(fù)雜性和真實性之間權(quán)衡。統(tǒng)。同時根據(jù)模型建立的原則，在復(fù)雜性和真實性之間權(quán)衡。2、模型轉(zhuǎn)換階段：、模型轉(zhuǎn)換階段：根據(jù)模型形式、計算機的類型及仿真目的將模根據(jù)模型形式、計算機的類型及仿真目的將模型轉(zhuǎn)換成適合計算機處理的形式，關(guān)鍵技術(shù)是型轉(zhuǎn)換成適合計算機處理的形式，關(guān)鍵技術(shù)是仿真算法仿真算法。（1）數(shù)據(jù)收集）數(shù)據(jù)收集 包括收集與系統(tǒng)輸入和輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)以及反映系統(tǒng)各部分之包括收集與系統(tǒng)輸

43、入和輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)以及反映系統(tǒng)各部分之間關(guān)系的數(shù)據(jù)。間關(guān)系的數(shù)據(jù)。2022-2-15編輯ppt27系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論計算機仿真計算機仿真（2）建立系統(tǒng)的仿真模型）建立系統(tǒng)的仿真模型 根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定仿真模型的模塊結(jié)構(gòu)，確定各個模根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定仿真模型的模塊結(jié)構(gòu)，確定各個模塊的輸入輸出接口，確定模型和數(shù)據(jù)的存儲方式，選擇編制模型的塊的輸入輸出接口，確定模型和數(shù)據(jù)的存儲方式，選擇編制模型的程序設(shè)計語言。該模型能夠在計算機上實現(xiàn)并運行。程序設(shè)計語言。該模型能夠在計算機上實現(xiàn)并運行。 專用仿真語言的優(yōu)點：使用方便、建模仿真專用仿真語言的優(yōu)點：使用方便、建模仿真/調(diào)試功能強調(diào)試功

44、能強 缺點：模型格式確定、缺乏靈活性缺點：模型格式確定、缺乏靈活性（3）模型驗證）模型驗證 系統(tǒng)模型是否準確地由仿真模型或計算機程序表示出來。系統(tǒng)模型是否準確地由仿真模型或計算機程序表示出來。程序調(diào)試程序調(diào)試（4）模型確認）模型確認 確定模型是否精確地代表實際系統(tǒng)，是把模型與現(xiàn)實系統(tǒng)及其確定模型是否精確地代表實際系統(tǒng)，是把模型與現(xiàn)實系統(tǒng)及其特性進行比較的全過程。特性進行比較的全過程。模型校正、改進模型校正、改進2022-2-15編輯ppt28系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論計算機仿真計算機仿真3、模型試驗階段：、模型試驗階段：設(shè)計好仿真試驗方案，將模型裝載到計算機運設(shè)計好仿真試驗方案，將模型裝載到計算

45、機運行，輸入數(shù)據(jù)觀察模型中參量的變化，對輸出結(jié)果進行整理分析形行，輸入數(shù)據(jù)觀察模型中參量的變化，對輸出結(jié)果進行整理分析形成報告，關(guān)鍵技術(shù)是成報告，關(guān)鍵技術(shù)是仿真軟件技術(shù)仿真軟件技術(shù)。（1）試驗設(shè)計）試驗設(shè)計 確定需要進行的仿真試驗方案。確定需要進行的仿真試驗方案。（2）仿真運行研究）仿真運行研究 將仿真模型放在計算機上執(zhí)行計算，通過觀察試驗數(shù)據(jù)，從而將仿真模型放在計算機上執(zhí)行計算，通過觀察試驗數(shù)據(jù)，從而預(yù)測系統(tǒng)的實際運行規(guī)律。預(yù)測系統(tǒng)的實際運行規(guī)律。（3）仿真結(jié)果分析）仿真結(jié)果分析 對仿真結(jié)果進行分析并寫成報告，對試驗結(jié)果和數(shù)據(jù)進行評價。對仿真結(jié)果進行分析并寫成報告，對試驗結(jié)果和數(shù)據(jù)進行評價。2022-2-15編輯ppt29系統(tǒng)仿真概論系統(tǒng)仿真概論計算機仿真計算機仿真三、計算機仿真的應(yīng)用三、計算機仿真的應(yīng)用 由于計算機仿真比較經(jīng)濟、并且安全可靠，試驗周期短。因此由于計算機仿真比較經(jīng)濟、并且安全可靠，試驗周期短。因