仿真技术知识整理 -p (2)

1.******第一章************

2.系统的基本属性：整体性、相关性。

3.系统的三个研究方面、实体（存在于系统中的每一项确定的

物体）、属性（实体所具有的每一项有效的特征）、活动（导致系统状态发生变化的一个过程）。

4.系统模型：是对实际系统的一种抽象，是系统本质的表述，

是人们对客观世界反复认识、分析，经过多级转化，整合等相似过程而形成的最终结果，它具有与系统相似的数学描述或物理属性，以各种可用的形式，给出研究系统的信息；5.模型的作用：一、提高人们对现实系统的认识（模型具有通

信，思考，理解三个层次）；二、提高人们对现实系统决策的能力（管理，控制，设计三个层次）；

6.系统仿真可分为实体模型和数学模型，数学模型包括原始系

统数学模型（概念模型，正规模型）和仿真系统数学模型（连续系统模型和离散事件系统模型）

7.离散事件系统、集中参数系统、分布参数系统研究方法：控

制论。

8.离散事件系统研究方法：排队论。

9.数学建模的任务：确定系统模型的类型、建立系统模型结

构、给定相应参数。

10.建模所遵循的原则：模型的详细程度和精确度必须与研

究目的相匹配，要根据所研究的问题的性质和所要解决问题来确定对模型的具体要求。

11.建模三要素：目的，方法，验证。建模的途径：演绎

法、归纳法；

12.仿真研究的三要素：对仿真问题的描述，行为产生器，模

型行为及其处理。

13.数学建模信息源：建模目的，先验知识，实验数据。

14.系统仿真概念：以相似原理、系统技术、信息技术及其

应用领域有关专业技术为基础，以计算机、仿真器和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或者设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合性技术。

15.仿真的作用：1优化系统设计。2对系统或系统的某一部

分进行性能评价。3节省经费。4重现系统故障，以便判断故障产生的原因。5可以避免试验的危险性。6进行系统抗干扰

性能的分析研究。7训练系统操作人员。8为管理决策和技术决策提供依据。

16.系统仿真的分类：根据计算机分类：模拟计算机仿真、数

字计算机仿真、模拟数字混合仿真；根据仿真时钟分类：实施仿真、欠实时仿真、超实时仿真；根据仿真系统的结构和实现手段分为：数学仿真、物理仿真、半实物仿真、人在回路中仿真、软件在回路中仿真

17.系统仿真的关系图：体统(经过系统建模)到系统模型，系

统模型（仿真建模）到计算机+物理效应模型+实物（仿真实验）到系统；

18.仿真三要素：系统、模型、计算机。三个基本活动：系

统建模、仿真建模、仿真试验。

19.仿真研究的基本要素：（1）对仿真问题的描述，（2）行为

产生器，（3）模型行为及其处理

20.仿真技术发展方向：分布式交互仿真。可视化、多媒

体、虚拟现实仿真。武器制导回路半实物仿真。面向对象仿真技术。建模和仿真的VV&A技术。智能仿真技术。

********第二章*************************

1.连续时间系统常用模型：微分方程、传递函数、状态空间表

达式、结构图表示。

2.离散时间系统常用数学模型：差分方程、脉冲传递函数、离

散状态空间表达式、结构图表示。

3.连续系统传递函数离散化方法：1加入采样器和信号保持器、

2替换法、3根匹配法。

4.欧拉替换公式：s=(z-1)/T。图斯汀替换公式：

s=2(z-1)/(T(z+1))。

5.根匹配法的基本思想：利用z与s的转换关系z=exp(sT)求出

z平面上对用的零极点位置。

******第三章***************************

1.常用数值积分法：欧拉法、梯形法、龙格库塔法、亚当姆斯

法;

2.单步法和多步法：只用前一时刻的数值ｙｎ就可以求得后一

个时刻的数值ｙｎ＋１称为单步法，它是一种自启动的算法，

计算ｙｎ＋１用到了ｔｎ，ｔｎ－１，ｔｎ－２，……，时刻的ｙ值数据则称为多步法，它不是自启动的算法；

3.数值积分法中的显示公式和隐式公式的含义：显示公式指计

算yn+1时所用的数值均已经计算出来；隐式公式指算式中隐含有未知数yn+1

4.单步法、显示公式能自启动；多步法、隐式公式不能自启

动。

5.欧拉法：单步法、显式公式、能自启动，只计算一次f(t,y)

函数值，计算量小，精度低，不实用，一阶精度。

6.梯形法：隐式公式、不能自启动、预估校正法，计算两次

f(t,y)函数值，计算量增加，但精度有所提高。

7.龙格库塔法基本思想：在积分区间[tn,tn+1]内多预估几个

点的函数值，然后用其线性组合来代替函数的各阶导数，在与泰勒级数展开式中的各项对比确定其中的系数。

8.龙格库塔法每一步计算f的次数：2、3、4、5、6、7、>=8。

精度：2、3、4、4、5、6、n-2。

9.亚当姆斯法是线性多步法、不能自启动。

10.变步长法应用：当估计误差en大于最大允许误差emax

时，步长减半并重新积分再估计误差；若步长小于步长下限hmin，则不再减半，以免增加仿真时间和舍入误差；当估计误差en小于最小允许误差emin时，步长加倍并重新积分再估计误差；若步长大于步长上限hmax，则不再加倍，以免增加截断误差、减小数值稳定性。

11.截断误差：截去高阶无穷小项引入的误差称为r阶精度，

O(h^r+1)。

12.舍入误差：因计算机字长有限，数字不能完全精确表示

而产生的误差。与步长、数字系统、运算次序以及计算f(t, y)子程序的精度等多种因素有关

13.欧拉法：1阶精度。梯形法：2阶精度。四阶龙格库塔

法：4阶精度。亚当姆斯法：5阶精度

14.步长的选择：步长过大会增加截断误差，甚至出现不稳

定现象；步长过小会增加计算步数，从而增大舍入误差；15.病态系统：考虑一般的常微分方程组初值问题：

Y.=f(Y,t),Y(t0)=Y0。假设系统雅克比矩阵?f/?y的特征值为λi,i=0,1…n。如果系统的特征值均具有负实部，而且

其实部的绝对值相差很大，数学上表示为max|Reλj|>>

min|Reλj|。则此系统为病态系统

******第四章******************************

1.离散事件系统是指受事件驱动、系统状态跳跃式变化的动态

系统，系统的迁移发生在一串离散事件点上。

2.离散事件系统的基本要素：实体（临时实体、永久实体）、

事件、活动、进程。

3.离散事件系统建模：明确仿真目的、正确描述系统、仿真模

型的建立、输出函数的确定。

4.时间步长法：把仿真过程分为许多相等的时间间隔、程序按

此步长前进的时钟就是仿真时钟。

5.事件步长法：以事件发生的时间为增量，按照时间的进展，

一步一步的对系统的行为进行仿真，直到预定的仿真时间结束为止。

6.事件步长法和时间步长法的主要区别：1两者都是以时间增

量来考察系统状态的变化，在时间步长法中，仿真时钟以等步长前进；事件步长法中，仿真时钟的步长取决于事件之间的间隔；2时间步长法在一个步长内，认为系统所处的状态相同，所选步长大小将影响系统仿真的精度；事件步长法中，每个事件的发生不需要人为的选取步长，步长的大小对仿真精度影响较小；3时间步长法每步进一个步长就要对整个系统进行一次全面考察，即使状态没发生变化也要扫描；

事件步长法只有在某一事件发生时才进行扫描；

7.事件表是一个有序的记录表，每个记录包括事件发生时间、

事件类型等内容。在某些离散事件的仿真中，采用时间表的形式进行调度。

8.离散事件系统仿真策略：事件调度法（事件）、活动扫描法

（活动）、进程交互法（进程）。

9.排队系统的组成：到达模式（指临时实体按怎样的规则到

达，一般用到达时间间隔描述）、服务机构（永久实体数）、排队规则（FIFO、LIFO、随机、优先权等）。

10.排队的统计性能：d，稳态平均排队时间；w，实体通过

系统的稳态平均滞留时间；Q，稳态平均队长；L，系统中稳态平均实体数。服务台的利用率：rou=limda/miu。

11.例题：单服务台排队系统，实体数N=8.到达时间间隔：

0,10,15,35,30,10,5,5；服务时间：

22,15,10,5,15,15,10,10.则队长={0,1,1,0,0,1,2,1}，服务台空时间={0,0,0,15,25,0,0,0}。

********第五章*****************************

1.面向对象的基本概念：对象、消息、类、方法。

2.面向对象方法的基本特征：封装性、继承性、多态性、动态

联编（操作过程与数据的链接过程推迟到程序运行时进行）。

3.OOA=对象+分类+继承+消息通信。

4.面向对象仿真优点：可理解性、可重用性、可扩展性、模块

化、易于实现并进行仿真、使仿真易于和AI结合。

5.对象：＝<接口，数据，操作>

6.UML的组成：构造块、关系、UML规则、UML公共机制、UML

扩展机制、UML体系结构图。

7.UML建模元素包括：构造元素、行为元素、分组和注释四种类

型；关系主要包括关联、泛化、依赖、实现。

8.UML表示法五类图：用例图、静态图、行为图、交互图、实

现图。

*****第六章*************

1.DIS(distributed interactive simulation):分布式交互仿

真。

2.DIS已计算机网络作为支撑，将分散与不同地域的相对独立的

各类仿真器互联起来，构成一个大规模、多参与者协同作用综合虚拟环境，以实现含人平台，非含人平台的交互以及平台与环境的交互。

3.HLA定义了一个通用的技术框架，在这个技术框架下，可以接

受现有的各类仿真过程的共同加入，并实现彼此的相互操作。

4.DIS设计原则：仿真节点的自治性、时空一致性、采用对象/

事件结构、实时性、互操作性、可靠性和安全性、系统可扩展性。

a)DIS关键技术：合理的分布式结构、信息交换标准、DR机

制、时空同步技术、坐标变换技术、接口处理机制、虚

拟环境技术、建模与仿真的VV&A技术、运行管理技术。

5.网络接口单元NIU（Network Interface Unit）基本功能：

物理上：NIU完成各仿真器的不同标准数据接口与网络系统的互连。数据流上：实现了不同数据集到PDU（Protocol

Data Unit)的互换。仿真环境上：实现了局部仿真到统一的综合虚拟环境的互通。辅助功能：数据过滤功能。DR模型解算。表示仿真器正常运转的“心跳”数据发送。

6.PDU的结构有标头、主体和变长体三大部分组成。

7.时空不一致的原因：1-DIS系统中，由于仿真节点之间的时

钟不同步以及节点之间的信息传输延时造成节点之间在时间处理上的差异，导致时间不一致；2各节点对于仿真实体的空间位置和姿态的描述方法的不同导致节点之间在空间处理上的不一致；3由于时间不一致导致的节点之间在空间处理上的不一致。

8.保证时间一致性的方法：时间戳机制、时间修正机制、时钟

跟随同步方法。

9.时间戳，表示联邦时间轴上的值，事件被赋值用来说明事件

发生的时刻。

10.联邦成员的时间状态可设置为：既时间调节有时间受限；

时间调节但不受限；时间受限但不调节，既不时间调节也不时间受限。

11.DR（dead reckoning）基本思想：1.DIS系统中每个仿真

节点内除了保存其内部仿真实体动力学模型外,还保存该动力学模型的DR模型及有可能与其交互的其他仿真节点的DR 模型。2.仿真节点不必在每个仿真帧周期均将各自的状态传送给与其交互的其他仿真节点;3.在DIS仿真进程中，仿真节点只是在实际运动状态与DR模型推算出来的运动状态之间的误差超过设定的误差限时，才将自己的运动状态打包发送给其它节点，同时更新其DR模型参数；4.其他节点接收到更新后的状态信息后，判断是否要更新对方的DR模型，等待下一个状态更新信息；

12.RTI；联邦运行支撑系统，是HLA接口规模的具体实现，

是基于HLA仿真的核心部件；

13.RTI：运行支撑框架。联邦对象模型（federation object

model FOM）。成员对象模型：（sumulation object model SOM）。

14.FOM联邦对象模型（federation object model FOM）：描

述联邦执行中个联邦成员之间进行交互的全部共享信息；15.SOM仿真对象模型：（sumulation object model SOM）：

描述单个成员加入联邦时对联邦其他成员信息的需求以及向联邦其他成员提供信息的能力；

16.HLA体系规范组成：规则、对象模型模板（object model

template OMT）、接口规范说明。

17.HLA中，信息传输顺序有RO和ＴＳＯ两种类型，信息传输

类型有最好效果传输和可靠传输两种类型；

18.RTI六大管理服务：联邦管理、声明管理、对象管理、所

有权管理、时间管理、数据分发管理。

19.前瞻量(Lookahead Value)：RTI的所有时间推进机制都

使用前瞻量, 前瞻量是联邦成员在进行时间调节时所指定的一个仿真时间段。前瞻量对时间调节的联邦成员进行限制：假设联邦成员仿真时间为t，前瞻量为l，则RTI不允许该联邦成员发送时间戳t s< t＋l的事件。也就是说，联邦成员必须预测从当前时间开始的一段未来，它不发送时间戳小于当前时间与前瞻量之和的事件。

20.时间戳的下限(lower bound on the time stamp --LBTS )：

表示该联邦成员的最大安全时间推进值，将来不会再接收到时戳值小于该值的TSO消息。其输出时间是下列几个值的最小值：联邦成员的请求推进时间与前瞻量之和；联邦成员的事件队列中最早事件的时间戳；联邦成员的LBTS。

21.DIS和HLA对比分析：

（1）DIS 网状结构 HLA 星形连接

（2）DIS 严格对等 HLA 客户/服务器

（3）DIS 传输对象是PDU HLA 传输数据来源于联邦成员与RTI之间各种服务请求和应答。

（4）DIS 平台级 HLA 平台级和基于ALSP协议的聚合级。

（5）DIS 统一时间推进机制 HLA 允许不同时间推进机制的仿真应用实现彼此的交互作用。

****** 第七章****************************

1.科学计算可视化（visualization in scientific

computation，VISC）虚拟现实（Virtual Reality，VR）。

2.科学计算可视化过程模型：数据操作（数据过滤）、可视化

映射（过滤数据转换为抽象可视化对象）、绘制（转换为可显示的图像）。

3.VR技术是指利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用

设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。

4.虚拟现实系统组成：效果产生器，实景仿真器，应用系统，

几何构造系统。

5.虚拟现实方向：实物虚化、虚物实化、高效的计算机信息处

理。

6.增强现实（Augmented Reality）系统是将虚拟环境和真实环

境组合在一起。

7.虚拟现实系统、遥操作系统、增强现实系统之间的区别在于

与用户交互的环境不同。

8.虚拟现实的特点：

1.虚拟现实系统具有感知视、听、触、嗅、味等多种信息的

能力。

2.能使用户暂时与外部环境脱离而融合到生成的虚拟世界中

去。

3.用户可以通过三维交互设备从内到外或从外到内与虚拟现

实系统实时对话。

4.虚拟现实系统中的“体”可以按照各种模型和规则自主运

动。

9.虚拟现实概念中三个基本特征I：Immersion(沉浸)、

Interaction(交互)、Imagination(想象)。

10.虚拟现实的三种表现方式：全景（Panorama）、物体

（Object）、场景（Scenes）。

11.虚拟现实的应用：飞行模拟器、虚拟战场、虚拟样机、

虚拟制造。

12.分布式虚拟现实：是虚拟现实技术和网络技术相结合的

产物，它通过先进的网络平台，在较大范围内通过计算机营造多用户能同时进行实时交互的虚拟环境。模式：1）每个节点存有相同的环境数据库。2）共享中央数据库。3）点对点模式的共享分布式数据库。4）共享分布式客户/服务器模式。

13.遥操作(Tele operator)系统由人类操作者、人机接口和

遥机器人组成。

14.增强现实（Augmented Reality）系统是将虚拟环境和真

实环境组合在一起。

15.合成环境（Synthetic Environment, SE）系统，是遥操

作系统，虚拟环境系统，增强现实系统等的总称

16.