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基于虚拟现实技术的战场环境仿真摘要：战场环境是一切军事行动的空间基础，战场环境仿真是目前军事作战模拟领域研究的热点。本文讨论了战场环境的构成、战场环境仿真的主要内容，重点讨论了虚拟现实技术在战场环境感知仿真中的应用和关键技术。关键词：战场环境，战场环境仿真，虚拟现实战争具有很强的实践性特点，指战员的指挥艺术和作战能力，都需要在一定的战争环境中得到锻炼和提高。战争年代，这种能力可以通过真正的战争实践得以积累，但这种实践是不可重演、不可试验的，其代价也十分高昂。因此，即使在战争年代，非战时的训练也成为决胜的关键，指导训练的标准就是战争实践本身。和平时期，军事演习是一种普遍的训练方法，驾驭战争实践的能力是通过各种作战样式的试验来积累和提高。由于缺少实际战争的检验，各训练样式也就规定着未来作战的样式。自人类历史上出现战争以来，人们对军事训练的研究都是以对战争规律的学习和探讨为目的，并在训练领域逐渐形成了“作战模拟”这一特殊的研究主题。作战模拟是对包括战争规律和战争指导规律两个方面在内的战争本质规律的模拟[1]，其首要的一点就是要创造一个贴近实战的训练环境，使得各类受训人员能够在此环境中得到恰如其分的训练[2]。战场环境是敌对双方作战活动的空间，在现代作战模拟中，要营造一个贴近实战的训练环境，首先就要根据仿真原理来建立一个符合特定的作战训练科目需要的数字化的战场环境，这就是战场环境仿真（Battlefield Environment Simulation）。战场环境仿真在内容上包括战场感知 虚拟现实是二十世纪90年代末出现的一种十分有效的仿真技术，本文将重点讨论如何运用虚拟现实技术来实现战场环境仿真。1．战场环境仿真概述1． 1 战场环境的构成战场环境是指作战空间中除人员与武器装备以外的客观环境。从战争所涉及的客观因素来分析，战场环境应该包含战场地理环境、气象环境、电磁环境和核化环境。也许，随着网络信息战的形成，战场网络环境也将成为战场环境的一个重要的组成部分。战场环境具有多维性、互动性的特点。多维性的含义是：①战场环境是由多个具有自身变化规律的客观环境构成的，上述的四个环境分属于不同的学科领域；②这些客观环境的空间形态是随作战过程而演变的。互动性的含义是：上述环境之间互有影响，其中，地形环境是其他环境的物理依托，是可以进行空间定位和加载各种作战信息的基础。如图1所示，战场环境中，气象环境与地理环境互有影响，气象环境具有地缘特点，如不同的地理位置具有热带、亚热带等气象特征，而气象环境会影响地理环境，如流水侵蚀地貌、冰川地貌的形成，雨天和晴天对地面土质有影响，进而影响行军速度；地理环境和气象环境都对电磁环境的形成有重大影响，不仅规定了电子设施的分布，还决定着电磁波的传递范围和受气象干扰的程度；战场核化环境的形成，与核设施的地理位置及其周围的环境有关，核污染的区域的形成和发展与地理环境和气象环境密切相关。1．2 战场环境仿真及其描述方式战场环境仿真是指运用仿真技术来描述战场环境。仿真（Simulation）是通过系统模型的实验来研究一个存在的或设计中的系统。计算机仿真（也称数学仿真）是指借助计算机，用系统的模型对真实系统或设计中的系统进行试验，以达到分析、研究与设计该系统的目的[3]。在这里，系统是指为了达到某种目的的一组具有特定功能、彼此相互联系的若干要素的有机整体。对一个系统的仿真涉及三个要素：系统、系统模型、计算机，而联系这三个要素的基本活动是：模型建立、仿真模型建立和仿真实验[4]（如图2所示）。如果把战场环境作为一个战场空间系统来看待，其特定功能就是构成战场的空间载体和物理条件，战场环境中各类环境的相互关系则构成这个空间载体的有机整体。运用计算机实现战场环境仿真，首先需要把战场环境数字化，即建立战场环境模型，数字地图就是一种典型的战场环境模型。这种模型具备通用性，但往往不能满足一些特殊的需求，例如现代作战模拟由于仍沿袭兵棋的推演方式，需要把地形环境数据按一定分辨率处理成按格网存储的数据，而且这些数据还随着作战过程的展开而动态变化。这种把战场环境模型处理成符合作战模拟使用的模型的过程，就是战场环境的二次建模（仿真建模）。经过二次建模处理的战场环境模型，就可以用于计算机作战模拟。为了保证作战模拟结果的准确、可靠，要求战场环境模型具有一定的精确性，这就需要通过仿真实验对模型进行检验（验模）。根据战场环境仿真在作战模拟中的用途，可以将其区分为数据仿真和感知仿真两种描述方式。数据仿真主要用于仿真对抗和作战评估，此时，战场环境数据是提供给电脑“认识”战场使用，不妨把由基本的战场环境数据转化成计算机能够识别的战场环境模型的过程称为“战场模型化”。感知仿真主要是针对指挥作业和训练模拟，即通过战场视景、声效等要素来展现战场环境，指挥员通过一定的操作界面来感知战场环境，达到辅助现地勘察、掌握态势和辅助决策等目的，这种“战场感知化”的结果，是供人脑认识战场使用的。战场环境的数据仿真和感知仿真都是以数字化战场环境为基础，在实际应用中，这两种仿真描述方式互为作用，根据模型驱动而改变的数据仿真通过感知化展现给参训人员，而参训人员通过人机交互可以改变数据仿真的结果。图3表述了战场环境仿真两种描述方式之间的关系。由于篇幅所限，本文只对战场环境的感知仿真的内容与关键技术加以讨论。1．3 战场环境感知仿真的主要内容感知仿真的目的是通过直观地展现战场环境来充分训练参训人员的指挥决策能力。其内容包括对战场环境的视觉、听觉、触觉等多种感觉通道的仿真。视觉仿真通常也称“战场可视化”，是感知仿真中的一种主要形式，就是将战场环境中可见的（如地形、地物）和不可见的（如电磁场、潮汐流场）要素以立体的、三维的或二维的图形图像表达出来。听觉仿真是指通过对战场中各作战单元的声音（音效、音量和音位）的模拟来营造战场气氛。触觉仿真是指通过对人机交互设备的操作来实现人与环境的交流，这是使参训人员产生临场感的重要手段。这种通过多感觉通道的模拟来实现临场感觉的技术就是虚拟现实技术。与传统的通过地图、实物沙盘或影像资料等来了解战场的认知方式相比，在这样的系统中，参训人员就由旁观者转变为参与者，可以主动地在逼真的环境中进行探索，从而大大地提高战场认知的效率。虚拟现实与战场环境感知仿真2．1 虚拟战场环境在感知仿真中的应用虚拟现实（VR）这一术语诞生于上世纪80年代末，是指由计算机生成的具有临场感觉的环境[5][6]，实现这种环境的技术称为虚拟现实技术。军事部门是这项技术的资助者和的最先用户，而且主要用于军事训练。1988年，NASA与美国国防部共同支持研制了一个虚拟界面环境工作站VIEW(Virtual Interface Environment Workstation)，该工作站由一台HP-9000计算机、一副数据手套、一个液晶头盔显示器和一套语音识别系统构成，用户可以从中看到立体图像、听到三维声、可发出口头命令、可伸手捉取由计算机生成的虚拟物体，这是世界上第一套虚拟现实系统[7]。此后虚拟现实技术及其产品得到飞速发展，并形成了产业，据简氏信息集团（Jane’s Information Group）的一份特别报告统计[8]，到了2000年，从事与训练模拟相关的虚拟现实产品制作的公司已多达800多家，其市场将由2000年的400亿美元发展到2010年的650亿美元。虚拟现实产品在作战模拟领域得到广泛的应用，且多数涉及战场环境仿真。运用虚拟现实技术实现战场环境仿真，其目的就是构成多维的、可感知的、可度量的、逼真的虚拟战场环境，借此提高参训人员对战场环境的认知效率。主要用于仿真对抗、导调监控、装备操作、参谋作业训练等。虚拟战场环境可以为计算机作战推演、半实兵演习、实兵演习提供与实际演习区域的仿真环境，也可以为特定的训练科目拟构出典型的训练环境（在现实中并不存在）。借助于虚拟战场环境，可以训练指挥员的指挥决策能力、参谋人员的业务能力、装备操作人员的操作能力。例如，美军从1984年开始研制的基于网络的分布式坦克训练模拟系统SIMNET，就将美国本土及欧州的10个地区作战环境置于系统之内。到了90年，已使200辆装甲车辆可异地参加统一指挥的可交互的模拟演练。每个模拟器以美国的M1主战坦克为单位，提供作战区域内精确的地形起伏、植被、道路、建筑物、桥梁等信息。坦克手可以在模拟器中看到由计算机实时生成的战场环境以及其他战车图像。1991年，美国为海湾战役“东经73”计划的实施提供了一套供M1A1主战坦克使用的战场环境仿真系统，将伊拉克的沙漠环境用三幅大屏幕展现在参战者面前，进行身临其境的战场研究，为最终取胜打下了关键的基础。荷兰1992年完成的毒刺导弹训练器（VST）是虚拟现实技术用于单兵武器模拟设备的代表作，它在头盔内形成一个空间动态立体场景；随操作者的头部动作而相应改变场景，以训练操作者对付敌方飞行器的机动能力和瞄准能力，予先制备的VCD盘提供各种作战环境相应的音响效果[9]。1997年，洛克希德•马丁Vought公司为美国海军航空兵训练系统项目办公室开发了一套实战演习系统TOPSCENE（战术操作实况）。这是一个综合运用军事测绘成果和虚拟现实技术的装备，被广泛应用于海军、海军陆战队、陆军和空军，已配备100多套。该系统运用SGI图形工作站（最高配置为ONYX2、4个R1000CPU）来处理图像数据，在高配置下，每秒能产生30帧详细、逼真的高分辨率战场图像。系统可以模拟各种地形要素、不同的气象条件，还可仿真带有夜视仪、红外显示器或合成孔径雷达显示效果的夜间战斗过程。2．2虚拟战场环境系统的基本构成虚拟战场环境系统由软件系统、数据库系统和硬件系统三部分构成。其软件系统主要包括战场环境建模软件、场景纹理生成与处理软件、立体图像生成软件、观察与操作控制软件、分析应用GIS软件等；数据库系统主要包括战场地图数据库、三维环境模型数据库、武器装备数据库、环境纹理影像数据库、应用专题数据库等；硬件系统主要包括计算机、声像处理系统、感知系统（显示设备、立体观察装置、人机操纵装置）等。根据虚拟战场环境的应用需求，以上三个部分就有不同的组合方式，进而构成不同的应用系统。就军事应用而言，虚拟战场环境主要有多人共享式和单兵沉浸式两种应用模式，相应地，虚拟战场环境系统就有多人共享式和单兵沉浸式两种构成，其主要区别在于立体图像的显示与观察方式以及对场景的控制方式上。（1） 多人共享式。在作战指挥以及大多数作战模拟与训练中，指挥和参谋人员往往需要围绕同一个战场环境来研讨作战方案、评估作战效果。为了满足多人共享的需求，目前大多数的虚拟战场环境系统都是以大屏幕投影显示、通过立体眼镜（液晶式或偏振光式）观察来实现视觉共享，通过操纵杆或鼠标和键盘等输入设备来控制视点。其优点是处于同一空间中的用户（几人到几十人）可以同时观察到同一场景，且系统硬件价格低廉。其不足是对场景的操作只能由一人完成，且当大屏投影的图像无法占满观察者的视野时，会削弱临境感。（2） 单兵沉浸式。在单兵对技术、战术武器装备的操作训练的应用中，需要强调的是受训者个人与武器装备及其所处环境的关系。为此，多采用头盔显示器（HMD）来作为立体显示、立体观察和头部定位跟踪装置，运用数据手套或体位跟踪器来完成定位、选择等操作。运用这些装置可以使受训者产生强烈的临境感，进而达到良好的训练效果。但其设备十分昂贵，难以推广使用，并且由于传感装置还不十分精确、计算机对大数据量的场景计算能力有限，常常会造成感觉的病态反应。 建构虚拟战场环境的若干关键技术作为虚拟现实系统，一般认为需要具备三个基本特征—交互（Interaction）、沉浸（Immersion）和想象（Imagination）[10]，但根据实际用途，对这“3I”特征的体现也有所侧重。就共享式虚拟战场环境系统而言，体现可交互性是重点；而对于沉浸式虚拟战场环境系统，所强调的是其沉浸特征（可进入性）；无论哪种应用，想象力都是不可缺少的。3．1 实现“交互”的关键技术交互特征是指系统具有对人机交互作出响应的能力，衡量这种能力的标准是系统处理和显示环境图像的刷新率（帧/秒），刷新率越高，说明系统可以对交互作出越快的响应，当交互响应达到实时，在视觉上就表现为场景随交互过程而连续平滑地变化。当交互响应有明显延时，在视觉上就表现为场景的停滞和抖动变化。显然，影响交互能力的因素除了系统硬件对于场景数据处理和显示的性能外，还与场景的数据量以及交互控制的软件有关。因此，在建构虚拟战场环境系统时，要充分考虑设备的性能以及用户的实际装备能力，软件系统开发的关键则在于场景数据的组织和管理。在战场环境仿真应用中，参与可视化处理的场景数据包括三维地形模型、三维地物模型和地形地物的表面纹理（如果考虑到综合战场环境的构成，还应该包括武器装备模型及其纹理以及烟火特效、声效等数据），其数据量十分庞大。为了实现大数据量地景的实时交互显示，就必须解决场景数据的组织与管理问题，其思路就是在保证场景显示细节的前提下，使参与实时处理的场景数据降低到最少，以保证交互响应的效率。我们的实践表明，按人类视觉认知的规律来组织和调度场景数据是一种行之有效的方法。该规律是：从固定视点注视客观物体时，离视觉中心越近的部分在视网膜上的呈像越清晰，越远其呈像越模糊；从不同视距观察客观物体时，离物体越近，看到的物体的细节就越丰富。遵循上述规律，场景数据的组织和调度实际上就归结为场景细节层次的组织以及与视点相关的各层次数据的调度[11]。（1） 场景细节层次的组织：场景的细节包括场景模型的细节和场景纹理的细节。场景模型的细节是指场景体形态所表达的细节，场景纹理的细节是指场景表面影像所表达的细节。场景模型的最高细节取决于模型建立的数据源，对于以矢量地图数据为主要数据源的战场环境仿真应用来说，数字地图的原始比例尺决定着场景模型所描述的最高细节，即比例尺越大，细节越丰富。场景纹理的最高细节取决于纹理影像的数据源，当以数据地图作为仿真地面纹理的数据源时，其纹理的最高细节同样与数字地图的比例尺有关，即比例尺越大，地物要素的分类分级越详细，则仿真影像所能描述的地表的细节越丰富；当以遥感影像作为地表纹理时，影像分辨率则决定着地表要素所能展现的细节。为了达到视点越近细节越丰富的场景表达效果，需要把场景模型和纹理数据区分为多种细节层次，并按细节序列加以组织。（2） 与视点相关的层次数据的调度：在同一个视景中，按视觉中心详细周边概略的原则来调度不同细节的模型和纹理数据，也是为保持交互与视觉效果而降低参与计算的地景数据量的有效方法。需要说明的是，纹理细节可以在视觉上弥补模型细节的不足，即在较为概略的模型骨架上叠加细节较多的纹理，这是提高交互效率而不降低显示效果的一个有效策略。3．2 实现“沉浸”的关键技术沉浸特征是指系统的声像效果能够使受训者产生置身于虚拟环境中的感觉。对于大多数应用而言，营造立体视觉效果是实现“沉浸”的关键，即根据人类的双目立体视觉原理，借助于一定的设备，使观察者在生理水平上对被观察的场景产生强烈的立体感。由于在虚拟现实系统中，场景是由计算机生成的（非实地拍摄），为了达到立体效果，就需要对图像的生成、显示与观察各环节进行适人化的处理，因此该技术也被成为“人造立体视觉技术”[5][12]。（1） 立体图像的生成。就是根据生理立体视觉的水平视差，对同一场景生成以左右眼为视点的场景图像，即构成一个像对。像对的视差是引起生理立体感的唯一因素，决定着场景的纵深效果。关于视差的类型及其相应的视觉效果，可参阅参考文献[12]。（2） 立体图像的显示与观察。显示方式与观察方式密切相关，选择何种方式取决于实际应用的需求，在上述内容中描述了战场环境仿真应用中的两种显示与观察方式。这两种方式也是目前市场上的主流，但由于这两种方式都要把部分观察装置加戴在观察者的头上，而且观察效果也不够理想（如液晶眼镜会增加闪烁、降低场景亮度，LCD头盔显示分辨率偏低，CRT头盔偏重等），因此使许多用户宁可选择三维观察方式，即直接在显示器或投影幕上观看由计算机生成的单目场景视像，以场景中的光影和形态为线索，通过观察者的心理加工，产生三维感觉（实际上是一种错觉）。最近，德国Dresden 3D有限公司推出了一种立体液晶显示器，观察者无须佩带任何观察装置就可以看出立体图像。在该显示器中装配有眼动跟踪摄像机，可捕获观察者双眼的位置，由此来控制安装在液晶屏前的一个光学蒙片分别向左右眼方向偏移左右眼图像。显然，该显示器不适合于多人共享。在战场环境仿真应用中，环境声音主要是武器装备在作战过程中所发出的诸如发动机轰鸣、枪炮开火、弹药爆炸等声响。这些声响的特点是都具有确切的空间位置和声音效果，通过可描述空间声响的软件（如Direct 3D）就可以把声音的定位信息通过音响系统传递给用户。喧嚣的战场音响可以营造出生动逼真的战场氛围。3．3 体现“想象”的几个方面把“想象”作为虚拟现实系统的一个基本特征，表明了创造性形象思维能力对于构建虚拟现实系统的重要性。高超的创意不仅可以引发观看者心灵上的震撼，还可以引导他们达到探索的目的。对于虚拟战场环境的创建，这种想象力体现在人机界面的构想、场景表达的构想以及是否提供对战场环境的再创建手段等方面。（1）人机界面的构想。“VR最困难的地方就是让用户的感觉对信息确信无疑”，这是比尔•盖茨对虚拟环境应该达到的最高境界的理解[13]。要使用户“进入到”系统所产生的场景中并对其确信无疑，就需要有良好的人机界面。传统的人机界面是让用户隔着“窗口”来观察和操作应用软件，在虚拟环境中，这样的窗口会把用户阻隔在旁观者的位置上，无法作为参与者“进入到”环境中。因此，如何设计符合虚拟环境特点的人机交互界面就成为想象的焦点。（2）场景描述的构想。实际上就是指虚拟场景的设计。虚拟战场环境的外观是否逼真，主要取决于场景的外观设计。当运用矢量地图数据来生成场景的表面纹理时，场景描述的构想就涉及到每一个要素的表示方法的设计（运用几何符号还是仿真图像）、地表及各要素表面噪音效果的设计、不同地貌类型的色层表的设计、武器装备等作战单元在战场环境中的表示方法的设计、作战意图与态势的表示方法设计等方面。（3）提供实现构想的工具。在不同的军事应用中，用户对虚拟战场环境的表示方法有不同的要求，比如，对于飞行模拟训练，受训者希望能够以航空影像作为表面纹理，以便使场景在视觉上更接近于实际的地形环境。但对于作战指挥训练而言，受训者更希望场景中能够表达出地图上的分类分级信息（符号化的表示方法），以便分析和决策，这就需要在系统中为用户提供多种表达手段。此外，对于战法研究而言，用户有时需要拟构一个典型的战场环境，这也需要给用户提供实现构想的工具。4．应用举例从1995年以来，解放军信息工程大学测绘学院战场环境仿真工程实验室以虚拟战场环境为主题，做了大量的研究工作，取得了以“地形环境仿真系统”为代表的成果。该系统是运用虚拟现实技术，在军事测绘数据库的支持下，实现战场环境仿真的一个实用系统。主要模拟作战区域的地形环境，可以为作战模拟的各层次（战术、战役、战略）、各阶段（预案拟订、对抗模拟、结果评估）提供各种地幅的二维电子地图、三维地景和地理信息。本系统已经初步具备了虚拟现实的基本特征（“可进入”、“可交互”），在研制过程中解决了以下几个关键技术问题：1． 解决了在微机环境下，对地形环境的快速三维建模、模型简化以及实时交互等问题。2． 研制出与液晶立体眼镜的接口硬件，使得在微机和工作站环境下，可以用较底价位的立体眼镜实现具有“进入感”的立体效果。3． 解决了地形模型与其它商业化三维软件的接口问题，以及技术、战术武器在三维地形环境中的置入问题（如图5）。目前，本系统已在全军得到广泛的应用，也在国民经济建设中得到应用，如运用本系统，为三峡移民局进行了三峡库区水淹没过程的模拟（如图6）。5．结语战场环境仿真是应数字化战场建设的需要而产生的高新技术，其应用领域十分广泛。本文仅从作战模拟这一应用领域来论述虚拟现实技术在战场环境感知仿真中的应用，实际上，该技术在军事上还被应用于作战指挥、武器试验、外交谈判、灾害预测等多方面。随着虚拟现实技术日趋成熟、实用，我们相信在不远的将来，它将成为提高军队战斗力的重要的技术手段。
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仿真系统是把实际系统建立成物理模型或数学模型进行研究，然后把对模型实验研究的结果应用到实际系统中去，这种方法就叫做模拟仿真研究，简称仿真系统。仿真系统过程：
论文开题报告基本要素标题开题摘要目录介绍文献综述研究问题与假设方法论工作安排预期结果和结果的意义暂定论文章节大纲参考文献列表各部分撰写内容标题论文标题应该简洁，且能让读者对论文所研究的主题一目了然。 开题摘要摘要是对论文提纲的总结，通常不超过1或2页，摘要包含以下内容：问题陈述研究的基本原理假设建议使用的方法预期的结果研究的意义目录目录应该列出所有带有页码的标题和副标题， 副标题应缩进。 介绍这部分应该从宏观的角度来解释研究背景，缩小研究问题的范围，适当列出相关的参考文献。 文献综述这一部分不只是你已经阅读过的相关文献的总结摘要，而是必须对其进行批判性评论，并能够将这些文献与你提出的研究联系起来。 研究问题与假设这部分应该告诉读者你想在研究中发现什么。在这部分明确地陈述你的研究问题和假设。在大多数情况下，主要研究问题应该足够广泛，而次要研究问题和假设则更具体，每个问题都应该侧重于研究的某个方面。
舰载C3I系统仿真技术现状与发展趋向分析 冯泉英 关 键 字: 仿真 多媒体 摘 自：无 本文详细阐述了C3I系统仿真技术的建模方法、仿真环境、舰载C3I系统仿真技术的现状、仿真专家系统、多媒体仿真及分布式交互仿真的发展及趋向 主题词: C3I系统仿真、多媒体、分布式交互仿真 一、前言 现代海战,是空中、水面、水下同时作战的立体战争参战双方的飞机、舰艇数量很多,在加上电子战等电磁环境和气象、海象等物理环境之类的诸多因素,使战场情况错综复杂,瞬息万变因此,对军队指挥自动化系统来说,不仅是要求增加系统的处理批次、提高系统的处理速度,还要能方便、迅速地操作使用,从而有效发挥人的指挥才能 C3I系统作为一个庞大而复杂的工程,其研制费用昂贵, 且不可避免地随战术变化要求升级,因而时间不断往后推,等研制出来后, 还要有少数系统不能发挥出立项时所指望的效益所以,要尽可能花少量经费,较短的研制周期,获得实用的最佳系统, 只有通过仿真技术才能达到安全、可靠、保密、应用灵活和高效费比的目的 仿真是一种可以控制的、无破坏性的、允许多次重复的、不受外界条件限制,功能比较齐全的试验手段仿真技术是以控制论、相似原理和计算机技术为基础,以计算机和多种物理效应为工具, 借助系统模型对真实的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术,是用来研究C3I的先期开发工作及系统试验、检测和评估的一种有效手段它可以有效地确定武器系统的作战区域,省弹、省钱、省时间; 可以弥补外场打靶试验的不足;能为管理决策和技术决策提供依据通过仿真实验, 可使设计人员加深对系统的理解,对研制过程出现的问题快速研究并加以解决先进仿真技术在国防系统和先进武器系统的规划、分析、设计、研制、运行、维护及战场模拟、军事演习、战斗管理和人员训练等方面起着极其重要的作用,受到人们的重视 二、C3I系统仿真建模 C3I系统仿真是用来研究系统在特定条件下攻击特定目标的有效性、响应时间;研究指挥员的决策预案,优化操作程序;研究作战软件,并对多目标情况下多武器协同作战进行决策方案分析 1、仿真类型 C3I系统仿真一般有三种类型: ⑴全实物仿真其特点是全部使用实际系统的子系统或部件,并加入人的因素 它的作用主要是为作战积累经验,为改善系统提供依据 ⑵半实物仿真C3I半实物仿真,也叫 "系统试验床",它使用部分被仿真的C3I的硬件,系统的其它部分则采用计算机仿真形式,系统操作环境(包括威胁)可以是实物模拟,也可以是计算机仿真目的是及早发现系统的问题和增加必要的新技术, 为完善系统提供条件 ⑶计算机仿真其特点是系统用严格的数学模型和一些规则来表示,不使用实际系统的任何硬件,是纯软件系统 三种模型综合使用,以长补短 2、C3I系统仿真环境 仿真环境是一种逐步工作的环境它包括确定仿真目标,建立系统模型, 建立适 于仿真系统实现的仿真模型、仿真模型校验、仿真实验运行,结果分析、 系统模型 校验、再反馈修改模型或实验后再运行 要建立C3I系统仿真试验床,首先要明确仿真的任务和边界条件, 然后使仿真的 战场环境和作战想定要有典型性 要突出仿真各级指挥中心的信息活动和以通信网 络为依托的情报信息和指挥信息处理过程,使指挥员身临其境地处于仿真环境中,进 行信息处理和决策活动,直接参与人—机交互和仿真试验仿真模型中的目标函数 应该突出战斗力毁伤指数和决策总时延这两项指标, 由此反映我方在相同的兵力和 武器装备条件下,由于C3I系统不同的结构或者不同的运用, 所导致的不同的合 成指挥能力和快速反应能力 3、C3I系统仿真建模的方法 一个仿真活动的全过程(生命周期)本质上是一种知识处理活动的过程它包括 :以模型为基础的活动;模型行为有关的活动;质量有关的活动几十年来, 仿真界 一直致力于研究面向用户及面向问题描述系统模型及其实验的各种技术, 其主要 成果有面向方程、面向框图、面向事件、面向进程、面向活动等建模方法及仿真 软件 ⑴面向事件的仿真模型 现在大部分用于C3I系统仿真的语言(或仿真程序)都是面向事件的事件调度法 (Event Scheduling),由事件来驱动仿真程序的运行,如SLAM、GPSS和IHSL 都是通 用的离散仿真语言,可以用来仿真象C3I系统这样的问题 在这些语言中被建模的系 统用事件、进程和实体来描述 ⑵面向进程的建模方法 面向进程的进程交互法(Process Interaction)是最有竞争力的一种方法进程 可以看成是一个实体,它包含一组逻辑上有关联的事件进程可能有活动、睡眠、 已安排和终结四种状态进程要占用C3I系统服务设施,或者排队等待,或者按一定 规则进行服务处理C3I系统中多种进程的生命周期以及进程间的相互依赖关系描述 , 构成仿真模型 ⑶软件建模 a、PSM方法 这是美国通用电气公司使用的一种仿真语言和系统,专门用于处理器系统建模 它由定义语句和仿真语句组成 b、数学模型 它包括目标分配模型、火力分配模型、连接对抗的排队论模型等 c、信息模型 它是适应计算机进入非数值领域、信息处理领域形成的信息管理系统、网络系 统、图象图形处理系统、人—机界面等处理方法的模型 d、人工智能模型 它是把军事问题转换为专家系统式模型知识的软件模型软件建模技术是体现 C3I系统功能的关键技术 三、舰载C3I系统仿真技术现状 系统仿真作为一种特殊的试验技术,经历了半个多世纪的发展,今天已成为一种 真正的系统实验科学 仿真规模已由控制和制导系统研制中的应用向全武器系统及 其全生命周期发展;大规模的作战演练已经可以通过分布交互式仿真,借助于参试人 员与作战平台和建立在数字计算机技术为支撑的虚拟仿真、各种计算机生成兵力、 武器运行模型、作战规划流程交互作用而实现仿真已开始向产业方向发展,仿真 技术在不断自身完善和规范化 近年来,舰船仿真技术有了很大发展,已经成为舰船方案论证、分析设计、故 障诊断、性能预测直至定型验收全过程中必不可少的工具 1、舰用仿真器 舰用仿真器的作用是保证把舰员联系在一起,通过仿真情景和训练提高操作人 员的熟练程度舰用仿真器有两种:一种用于研究开发;一种用于训练研究开发用 的仿真器是用于舰船结构分析、运动分析、音响模拟技术 训练用仿真器又分为以 操作方法训练为中心的局部任务教练设备和以战术训练为中心的战术教练设备 ⑴舰用战术训练仿真器结构及功能 这种训练仿真器由CIC(作战情报中心)、计算机室、电源室、指挥室组成 CIC训练室设有与实际舰船功能相同的控制台,计算机房里用模拟材料制成的雷达 影像,可显示与海上真实情况相同的图像,还可根据训练脚本控制模拟模型并显示 每时每刻的变化训练人员依靠这个显示可在与海上战斗相同的环境条件下进行 训练 训练用脚本输入在控制计算机中,不间断地执行,指挥官可以边监控训练状况边 根据情况介入训练,或中断训练重新开始详细记录训练经过和指挥官用控制台上的 显示,在训练中或训练结束后自动分析其结果,供指挥官判断用 控制用计算机的方 式有多种,在训练仿真器中常用的有四种形式: ·集中式一般用于小规模系统,用一台计算机就完全可以连接所有的机器, 即 简便又没有复杂的数据交换协议带来的烦恼,还易于实现实时处理 ·并行松耦合式可用于多个特殊的输入输出,但这种方式在2 台计算机间的数 据交换量大,难于进行高速实时操作,适于较低速或小容量的数据交换 ·并行紧耦合式它使用存储器连接多台超小型机,能处理比较大规模的数据 交换量,可用于大规模系统 ·网络分布式该方式使用5台网络机连接低的EWS (电子战系统)使用伊萨网 ,低级协议实现数据交换,不仅可以加大系统规模,而且可以并行地增设计算机,是 一种扩充性好的方式,费用方面也比其它方式低廉 ⑵训练用仿真器的模拟方法 在采用仿真方法之前首先要将仿真对象模型化 训练用仿真器的整个仿真模型 是由目标模型、战场模型、设备性能模型、机器操作模型、博奕板等局部模型组成 其模拟方法是按实战环境从雷达发出电波经过战场反射到目标 其反射波再次 经过战场被天线接收被接收的电波经过天线、接收机等仪器后,在转发器中变成 雷达影像操作员边监视雷达影像边将探测结果传送给决策人员这个过程是通过 战场模型、目标模型、设备性能模型、机器操作模型来完成的 战场模型由传播、反射、杂乱回波三个局部模型组成 传播模型采用电波方程 式的数字式模型实现; 反射模型是根据数字式模型按照目标的态势实现雷达方位变 化;杂乱回波模型是最难实现的模型杂乱回波是在平面波通过云彩等杂乱回波时实 现反射、衰减效果的 该模型的实现是采用在集中地堆积很多木材的方法来考虑杂 乱回波的其做法是让每个单元都具有反射率和穿透率,然后把电波经过路线上单元 的反射率和穿透率综合起来,作为整个杂乱回波的反射率和穿透率 机器操作模型分为传感器操作、情报处理系统操作、武器操作三种模型 传感 器操作模型是把操作员监视雷达和声纳的影像, 探测目标的操作模型化情报处理 系统操作模型是情况判断及决策的模型化,要实现精密模型需要高水平的知识处理 武器操作模型是使用规则库将武器操作模型化 ⑶现用的舰载仿真器 现代仿真技术的应用已从导弹动力学及控制系统仿真扩展到雷达系统, 引信战 斗部系统、武器控制系统以及多兵种、多种武器的联合作战系统的仿真; 已从只在 研制阶段进行仿真发展到包含批生产及部署使用等阶段在内的武器系统全寿命周期 的仿真舰载仿真器的作用是保证把舰员联系在一起,通过仿真情景和训练, 提高操 作人员的熟练程度 ·战略防御计划(SDI)国家试验台采用了先进的建模及仿真技术该试验台可 进行对选择结构的评价,并采用"人在闭环中"技术进行指挥与控制作战模拟仿真 与建模研制的重点放在对有能力支援SDI作战管理／指挥、控制、 通信的可靠的 软件系统进行评价国家试验台还模拟SDI所需要的动态通信网 ·嵌入式仿真器a、OBT(独立的舰载训练装置),分成12个部分永久地安装在 舰上主要包括训练控制台、人工信号发生器和处理机、打印机／绘图仪、信号注 入器、系统状态控制器、RF发射机和天线以及直升机接口它是为与AN／SQS-53B ／C 主动和被动声纳、AN／SQR-19(V)拖曳声纳、AN／SQQ-28(V)和LAMPS MK- Ⅲ 系统连接的其它ASW作战系统以及MK-116Mod5,6或7ASW作战系统而设计的它提供 一个包括与舰艇战术声纳和火控系统相连的模拟器的训练环境 b、舰载雷达环境仿真器系统(RESS)是用来仿真防空战情况的 该设备装在所 有"小猎犬"级远程巡洋舰、"鞑 人"级中程巡洋舰和DDG-993级驱逐舰上它可 用来训练、测试和评估舰载设备的性能,提供动态RF测试输入, 可同时或单独评估 和维护AAW作战系统中的信号雷达处理部件 ·AAI公司1984年开发的20B5作战系统小组训练设备是比20B4 更先进的作战 系统小组训练设备其特点是反潜战(ASW)和全程EW激励,可激励声纳、通信、EW 系统、武器和假目标以及雷达可产生1024海里×1024 海里对抗区域内的情景, 示出多达128个威胁(包括100个空中,12个水上或水下响应,8个鱼雷目标和2个假 目标), 其范围从最大雷达距离到最深的潜艇能仿真包括5个雷达和2个声纳以及 AN／SLQ-32(V)2电子对抗设备和AN／UGR-9海军14号数据链系统的只接收电报装置 等9个舰载系统该系统为MK-13制导导弹发射装置、MK-75、76毫米火炮、MK-15、 20毫米"密集阵"近程武器系统、MK-309可旋转鱼雷发射管、MK-46ASW鱼雷、RIM- 66 SM-1中程导弹、RCM-84"鱼叉"反舰导弹、SRBOC箔条发射装置、SLQ-25 NIXIE 声纳假目标和"大草原"／"假面人"ASW系统提供仿真的操作环境 ·DCB海军指挥系统模拟器是Cossor公司生产的, 安装在英国海军核动力潜艇 上该模拟器包括一个提供仿真目标数据的态势发生器,可以提供逼真的海洋环境信 号,模拟训练所有传感器参数模块化的、灵活的模拟器可以产生各种目标情景, 并 且容易使用和扩展 ·23型护卫舰雷达模拟器是监视和敌我识别雷达模拟器(SIRAS), 安装在位于 朴次茅斯的海军研究院的23型护卫舰上, 用于测试23 型护卫舰的指挥和控制系统 SIRAS模拟器将产生一定数量的有代表性目标的实时输出, 这些输出用于模拟护卫 舰主雷达系统的信号处理系统, 这些实时输出信号及其它相关信息的控制装置将直 接与真实雷达设备接口SIRAS模拟器还将向与其连接的敌我识别系统的编码器／解 码器提供视频输出该模拟器有一个独立的、离线接口,它是借助MICRO VAX11 计算 机操作的,除提供实时模拟外,计算机还与两个同步雷达视频发生器接口 ·模拟无线电系统(SRS)是英国海军在Dryad 舰上安装的具有逼真特征的舰载 无线通信模拟器, 在海上作战学校模拟了海军无线电信号发射的所有特征和困难情 况SRS系统可提供逼真的态势, 根据舰艇和频率的可用性之间的理论距离将操作者 限制在实际"范围"和"通道"极限上演习控制者还可以阻塞通信,并引入不同程度 的噪音干扰,以表示信号的减弱和敌方干扰 ·我国研制的16T-25型作战系统模拟训练仪, 可支持舰上的作战系统进行日常 的操作训练,并具有通道检查、精度评估、 反应时间测试及训练结果的显示记录等 功能 ·攻潜综合训练模拟系统 是我国海军某学院研制的能对攻潜效果及时作出直 观和定量评估,两个态势图上实时地显示武器弹着点、命中计数、命中距离等要素 2、电子战仿真器 电子战仿真是以计算机控制为中心的仿真系统,是在与实战相同的电子战环境 中怎样使对方的雷达和通信丧失战斗力电子战包括电子支援措施(ESM)、电子措 施(ECM)、电子对抗措施(ECCM)自电子战仿真技术兴起之后,对电子战的训练就渐 渐使用仿真器了 建立C3I与电子战系统模型的基本思想是使指挥员的感知战场 与实际战场能最大程度的拟合 为此就要通过仿真训练提高对战场的感知性能C3I 与电子战系统模型由侦察与探测系统子模型、通信系统子模型、数据处理系统子模 型和电子战模型组成 战场态势由侦察与探测系统子模型获得,通过通信系统子模 型传输,最后由数据处理子模型进行处理形成感知战场,供决策之用 ⑴电子战仿真器的分类 根据使用目的和预算的不同,电子战仿真器的种类和规模也是多种多样的电子 战仿真器可分为两类,一类是用于评价、开发电子战仪器的;一类是用于对主要人 员进行训练的为实际进行电波发射,用于评价、开发电子战仪器的仿真器往往带 有电波暗箱室这类仿真器有三种方式: a、发射电波式实际进行电波发射,制造出实际电子战环境,进行电子战仪器 的开发并分析评估 b、混合式不实际进行电波发射,但发射与实际相同的威胁信号,对电子战仪 器接收装置和显示装置进行控制、试验 c、信号合成式它是根据仿真信号的发生,通过接收功能进行电子战显示该 方式也用于训练主要人员 用于训练主要人员的电子战仿真器有战术剧情方式, 它运用构筑主体程序的 战术剧情,进行电子战训练搭载式是根据接收的假雷达波, 进行实飞条件下的电 子战训练 五种仿真方式中,最引人注目的是搭载型,即是搭载在飞机上进行训练 搭载型 电子战仿真器收藏在外形类似新型中程空对空导弹的吊舱内 其训练脚本是从30种 敌方雷达模型中,预先选出8种编程,排入便携式存储模块该模块记录飞行员操作 等一系列训练结果,训练结束后能够再现其状况,获得准确的评价 使用搭载型电子 战仿真器进行训练对战斗机抵抗对空导弹威胁, 选择适应实战的最佳飞行航向有很 大的帮助 ⑵应用 ·EW-GEMS是一个通用的电子战仿真系统其结构设计分作两个主要领域:1>高 级仿真结构,2>一般软件工具及低级程序基础 高级仿真结构主要考虑计算机／用 户接口以及整个EW-GEMS过程的管理它的最终形式是模块化,适应性强,且使用性、 可维护性都较好采用自下而上的软件设计方法建立软件库和工具 在对抗仿真完成的过程中,用户可通过屏幕得到描述整个仿真过程的信息,还可 通过使用数据上卷功能在同一屏幕上观察到许多仿真运行时的参数并通过图形观察 信息 ·舰载C3I系统的模拟仿真测试系统由探测器模拟分系统、 武器装备模拟分系 统和仿真测试系统组成它可为舰载C3I系统的设计,测验和性能评价提供良好的条 件驱动各类舰载C3I系统,完成系统联调、性能评价,外场应用仿真试验,设备通 道检查, 故障诊断及系统的设计论证等项工作 ·ALQ-T5仿真器和ALQ-T4仿真器是美军在对EWO(电子战军官)教育中,用于 EF-111和B-52电子战训练的仿真器使用ALQ-T5 电子战仿真器掌握雷达预警装置 及电波干扰设备的操作方法和功能、可预测的威胁电波和信号特性、电子战的筹划 和应用方法 今后,我国要在电子战威胁环境仿真关键技术研究的基础上,集中力量迅速突破 电子战建模与计算机仿真模拟技术,建设一个三维动态、多通道、多目标、多功能, 能完成各种电子战装备的仿真设计、性能测试、训练演习的电子战威胁环境仿真系 统 3、C3I仿真专家系统 面对千变万化的作战过程,用传统的仿真只能从一种途径,严格地按预定的作战 方针进行战斗模拟,往往忽略了指挥员的领导艺术、军事素质、 作战经验等许多重 要因素为克服C3I系统仿真建模中人为决策过程中的明显技术障碍, 迫切需要使用 专家系统 要建立一个建模与仿真的专家系统,除了知识库推理系统外,还要以数据库、模 型库、实验框架库等为基础,构成系统的综合信息库信息库与控制结构相互分离, 便于分别对其进行修改,并允许非确定的数据结构及进行动态操作利用知识库专家 系统建立仿真模型,能根据人类的经验知识把综合过程用规则形式进行描述 仿真专家系统遵循的模式是:系统分析人员描述有关系统的知识,确定目标并让 系统类似一个仿真专家辅助建模;选择最优算法,进行程序自动生成, 运行并给出最 优解C3I系统仿真可以利用专家系统的知识建立人为决策的模型 仿真专家系统可用于仿真实验结果的检验和可信度分析 目前最主要的应用是 智能前端,即把专家系统建立在仿真软件与用户之间,用户直接同专家系统对话, 专 家系统产生必要的指示或代码进入仿真软件 还可以将仿真与专家系统结合于一个 大型软件中,两者中的任何一个都可以是大型决策支持系统的一部分 舰艇作战仿真专家系统是将数据库技术, 人工智能和专家系统技术引入舰艇作 战仿真领域的大型集成式智能仿真软件系统它由四个库(数据库、模型库、知识 库、作战仿真统计结果数据库),四个子系统( 舰艇作战智能仿真环境用户对话管 理子系统、数据库管理子系统、模型库管理子系统、知识库管理子系统) 和四个 专家系统(作战仿真辅助建模专家系统、作战仿真专家系统生成及运行控制专家系 统、作战仿真结果分析专家系统、舰艇作战仿真专家系统)组成 四个库均采用ORACLE表形式,四个子系统采用C和PRO*C预编译接口程序实现, 四个专家系统各自都有相应的结构 这种系统有效地克服了传统仿真系统的不足之处,具有更强的仿真能力其仿真 环境是建立在分布式关系数据库系统之上的,融合人工智能专家系统技术,服务于舰 艇作战仿真全过程的智能仿真环境 一个完善的智能化仿真系统应具有的功能是: ·能接受问题描述,并通过咨询知识库综合仿真模型,最后推荐一个能满足指 定目标的方案; ·能对仿真建模、实验方案设计、运行及结果解释等的合理性、可信性予以 解释; ·具有学习能力; ·具有彩色图形及动画显示,为用户提供多种信息表达形式 智能化仿真系统的研究始于十多年前,其研究成果也有些报道在作战模拟中 应用人工智能和专家系统的例子有: ·兰德战略评估系统(RSAS):利用人工智能技术(基于启发式规则的构模) 使 模型代替部分或全部局中人 ·鹰:一个军级作战模型,分辨率为营级单位, 由陆军的训练与条令司令部的 分析司令部(TRAC)和络斯阿拉莫斯实验室开发 这个模型使用专家系统来模拟复 杂的指挥和控制活动 ·嵌入式作战仿真专家系统(SCSES):该系统由态势仿真子系统、潜艇作战专 家系统、战舰护航编队作战专家系统组成态势仿真子系统使用大量的数学模型, 在每一个仿真时间步内完成战场态势推演、各作战实体之间发现／丢失等信号的 生成以及武器运动轨迹递推等任务它可看成是战场上各类事件的发生器,是对作 战双方指挥员所面临的真实战场的仿真 潜艇作战专家系统是采用多知识源协同 求解的黑板模型方式实现专家系统的,它接收来自态势仿真子系统的战场态势数据 ,对其分析、总结,正确判明态势,采取相应战术动作 战舰护航编队作战专家系统 是由多个地理位置上分布的单舰作战专家系统和旗舰作战专家系统组成的分布式专 家系统 目前实现的这种系统的主要特点有:⑴将AI和ES、DB、SS技术融为一个有 机整体,各取所长、互相配合;⑵多种知识表示方法;⑶黑板模型及双方、多级、多 种推理机制; ⑷结构清晰,易扩充,便于总结、存贮专家经验;⑸人机界面友好、规 范等等 四、C3I系统仿真技术的新发展及趋势分析 总结仿真技术在海湾战争中应用的经验, 世界各军事大国对仿真技术的发展更 加重视尤其是美国,更加强了这方面的组织领导,新组建了国防建模与仿真办公室 ,提出了新的建模与仿真的投资战略一些高新技术的出现, 使得仿真技术有了新的 发展,并首先应用于军事领域 多媒体仿真技术 多媒体仿真属于感受计算的一种, 试图通过将仿真所产生的信息和数据转变成 为被感受的场景、图示和过程,以辅助人们进行决策它充分利用文本、图形、图 片、二维／三维动画、影像和声音等多媒体手段,将可视化、临场感、交互、 引 导结合到一起来产生一种沉浸感,使人的感官和思维进入仿真回路多媒体仿真技 术充分地利用视觉和听觉媒体的处理和合成技术,将表达模型信息的各种媒体集成 在一起,提供了模型信息表达的有力工具,将模型的属性、状态和行为从抽象空间 转移到视觉和听觉空间它所提供的临场体验扩大了可视仿真的范围,允许将实景 图象与虚拟景象相结合来产生"半虚拟"环境,更强调具体的仿真应用背景 我国的多媒体仿真技术正处于起步和发展时期,取得了一些理论与软件成果目 前多媒体仿真方法正逐步走向成熟,并且得到初步应用"九五"期间, 多媒体仿真技 术将朝着分布、开放和智能的方向发展 (1)多媒体仿真方法 在多媒体仿真中,媒体与对象从建模到仿真的全过程中始终是密不可分的,对象 建模包括其相应的多媒体描述建模仿真过程建立在多媒体技术的基础上,使用多媒 体技术从统一的角度对各种媒体(包括数值)的信息进行空间和时间的安排 具有多 媒体属性的仿真对象模型在一定仿真机制驱动下运行时, 自然会表现出其固有的或 虚拟的媒体特征,勿需对仿真结果数据进行图形转换或再现(可视化) 多媒体仿真遵循建模—仿真—表现(MPS)一体化的方法论建模者可以根据自 己对实际系统中形形色色、多姿多彩的实体对象及其变化规律的观察自然地刻画实 体模型,即是说,多媒体仿真模型是数学／逻辑模型(MLM)、仿真执行模型(SEM)、 表现与交互模型(PIM)三位一体的 多媒体对象MO是面向对象的多媒体仿真的基本模型单元,是可以具有属性、 行 为和单元时钟的最小建模单位MO中有四种变换函数: ①状态转换函数δs(s,e) δs仅引起状态变量V的变化,相位不发生变化 ②相位转换函数δs(Phase,c) 引起相位的变化,一般情况下由一系列的状态变化而导致相位变化可以看成是 在瞬间完成的,完成相变的动作又称事件 ③事件输出函数λ 用于在不同的相位中发送事件消息给其它对象, 所有消息的发送必须在相变之 前完成 ④媒体转换函数δπ(s,e) δπ是多媒体对象的特有函数, 用于将对象从数值状态空间映射到视频和音频 空间在δπ中,对象状态／相位变化伴随着其多媒体属性的变化, 使各种媒体在 模型的基础上得以集成每一多媒体对象按其固有的逻辑,"自主"地完成其生命周 期 各对象自主活动之间的协调,通过信息传递来实现 虽然多媒体仿真要用到多媒体技术, 但它不是仿真技术与多媒体技术的简单结 合多媒体仿真研究方法有其自身的特点 对象模型属性的多媒体化建模者在对实体对象的量化属性(参数和状态) 进 行定义和描述时,还要对其多媒体属性进行定义和描述 仿真模型的二重性多媒体仿真模型具有系统模型和表现模型的二重性,仿 真运行时它将分别生成由实体的状态、事件、活动、进程组成的抽象空间和由文 本、图形、影像、声音组成的多媒体形象空间 抽象时空与形象时空的一致性 多媒体仿真中的抽象时空和形象时空具有一 一对应的映射关系 人的感官和思维活动进入仿真回路中 用户可在形象时空中获得生动的感官 体验,或者说人的感官和思维活动进入了仿真回路 多媒体仿真技术无论从经济技术的可行性,还是效费比上看;无论是从近期应用 的迫切性,还是从远期应用的潜力来讲,都是我国发展和应用虚拟仿真技术的现实途 径 (2)虚拟现实技术与仿真 虚拟现实技术是一种高度逼真地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的人机 界面技术它使仿真系统的人机交互方式虚拟化,人可以通过形体动作与其它仿真实 体交互并产生沉浸感,从而使人真
多写一写描述性语句就行了 关键部分扩展出来
计算机模拟仿真在机械加工过程中的应用摘要:介绍了数控车削和铣削加工过程的计算机模拟技术的发展现状,提出了在机械加工过程中仿真模拟存在的问题,并对机械加工过程中计算机模拟仿真的发展趋势进行了分析。关键词:车削过程仿真;铣削过程仿真;几何仿真;物理仿真;模拟仿真Abstract:The application of simulation technology in the numerical controlmachining process of turning and milling was The problem for the simulation technology ofmechanicalmachining was presented, the development trend of the simulatitechnology ofmechanicalmachiningwas Keywords:Turning process simulation; Milling process simulation; Geometry simulation; Physics simulation; Simulation 引言中国已是制造大国[1],制造业的发展对产品性能、规格、品种不断提出新的要求,产品的生命周期越来越短,新产品的开发时间是决定性因素[2]。虚拟制造是一种新的制造技术,它以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术等为支持,对产品的设计、生产、检测、装配的全过程进行统一的建模和仿真,模拟现实的制造系统,实现产品从开发、制造到装配的全过程的优化,从而达到缩短产品周期、降低开发成本、提高生产效率的目的[3,4]。而机械加工过程仿真在虚拟制造中占有重要地位,通过加工仿真,可以评价所设计零件的可加工性,验证NC程序的正确性,避免传统产品开发中的试切过程[5],预测刀具的破损、磨损,了解加工参数和材料参数的变化对加工表面的影响,包括其表面精度、硬度和表面残余应力等等,为实际加工过程的智能化实现创造了有利条件,同时它也是研究加工过程的重要手段。车、铣加工是目前应用最广泛的加工方法,因此对数控车、铣加工过程进行仿真具有重要的理论研究与实际应用价值。对车、铣过程进行虚拟仿真,参考仿真结果合理选择工艺参数中的车削速度、背吃刀量及进给率;对刀具几何结构(前角、后角和断屑槽等)进行优化设计。目的在于减小切削力、提高金属切除效率并改善加工表面质量、优化加工工艺等。虚拟加工过程仿真包括几何仿真和物理仿真两方面内容。国内也有研究者致力于面向加工质量分析与预测的加工过程物理仿真单元系统的研究与开发。作者通过总结车、铣加工过程的计算机模拟技术的发展现状,分析了计算机模拟技术在机械加工过程中的发展趋势。1 机械加工过程中的几何仿真目前国内外对机械加工过程中的几何仿真的研究比较成熟,并研制出具有商用价值的仿真软件或仿真模块,如CG- Tech公司的Vedcut和法国Delmia公司的VNC。同时为提高数控机床的利用率,避免人工选择加工参数带来的弊端,各学者相继提出了在线自适应参数优化方法和离线参数优化方法。离线的参数优化是在实际加工之前,通过对加工状态的预测并结合已有的经验和数据来优化加工参数。除了通过预先确定加工参数,并根据优化目标对确定的加工参数进行优化的传统定参数优化方法外,仿真变参数优化方法更多的是通过数控加工仿真系统模拟实际加工过程来获取实际加工最优参数。离线定参数优化以加工效率、加工成本和加工质量中的一个或多个参数为目标[6]建立数学模型,选择要优化的加工参数,然后选用合适的寻优算法为特定零件的某一道工序选择一组固定的最佳参数。离线变参数优化方法以进给率作为设计参数,以加工时间作为优化目标,以最大铣削力作为主要约束。在相当多的情况下,最快的加工速度和最短的加工时间并不一定意味着最高的生产效益,加工成本、加工质量等因素对生产效益的影响也至关重要[7]。在刀位轨迹确定的情况下,除了进给率以外,切削速度也是可以调节的重要加工参数。实际生
我所了解的比较深刻的是汽车铸造技术，并且有很多相关的丰富的资料。国外铸造业现状近几年来，全球铸造业持续增长，我国汽车铸造业仍然面临很多问题,并提出了解决的对策和建议等等内容，如果要的话可以在盖世社区搜下。
铸造技术的发展趋势，当然是了，以高精坚为主。慢慢的事复杂化，科技化。
还有热处理、锻打，都从机械制造专业的大学专业中淘汰啦，哈哈
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能源未来的发展之路 能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。 “能源”这一术语，过去人们谈论得很少，正是两次石油危机使它成了人们议论的热点。能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。在全球经济高速发展的今天，国际能源安全已上升到了国家的高度，各国都制定了以能源供应安全为核心的能源政策。在此后的二十多年里，在稳定能源供应的支持下，世界经济规模取得了较大增长。但是，人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题威胁着人类的生存与发展。 能源种类繁多，而且经过人类不断的开发与研究，更多新型能源已经开始能够满足人类需求。根据不同的划分方式，能源也可分为不同的类型。 按来源分为3类：地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。 ①来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）。除直接辐射外，并为风能、水能、生物能和矿物能源等的产生提供基础。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。 ②地球本身蕴藏的能量。如原子核能、地热能等。 ③地球和其他天体相互作用而产生的能量。如潮汐能。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70公里不等。地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，厚度为2900公里。火山爆发一般是这部分岩浆喷出。地球内部为地核，地核中心温度为2000度。可见，地球上的地热资源贮量也很大。 中国目前的能源利用困难主要表现为：能源资源总量比较丰富但人均能源资源拥有量较低；能源资源赋存分布不均衡；能源资源开发难度较大；资源约束突出，能源效率偏低；能源消费以煤为主，环境压力加大；市场体系不完善，应急能力有待加强等。 因此开发新能源是能源发展的必要途径，而在我看来在开发新能源当中，核能应重点开发；理由如下： 一，由人类研究核的发展历程来看，核由难以被人发现的不可再分粒子演变成可以释放巨大能量的核反应堆，这说明每一个阶段的科学家都在埋头于发现核的秘密，从另一个角度看，核能越来越重要了。 二，核能之所以受到科学家的关注，不仅是因为人类的能源缺乏，更重要的是核能本身的巨大能量，如我们看到的太阳就是通过核聚变释放能量的，甚至我们现在利用的化石能源都是来自太阳内部的核聚变！ 三，核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。 四，核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。 五，核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。 六，核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。 七，核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。 基于以上的优点，在当下每一个国家都在大学设立了相关的课题研究核能；在我国，几所著名大学如北大，清华，浙大，中大等大学都设立了和工程与核技术专业；这再一次证明了核能就是能源未来的发展！ 然而，我认为使核能不能成为目前的主要能源的原因主要是： 核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。 核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。 核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。 核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。 兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。 核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。 核能的释放主要通过裂核反应和热核反应（即核反应堆），但是热核反应是要利用裂核反应来实现的，而裂核反应是需要不稳定的重核，不稳定的重核主要是铀-235，这是一种很稀小资源！所以在资源方面也造成了一定的困难。 核技术的难度极高，所以需要尖端的技术人才，这也是一个困难。 总的来说，能源未来的发展之路即使很模糊，但这就像法拉第当年发现电磁感应定律一样，核能的未来将是不可估计的巨大！
你的论文准备往什么方向写，选题老师审核通过了没，有没有列个大纲让老师看一下写作方向？ 老师有没有和你说论文往哪个方向写比较好？写论文之前，一定要写个大纲，这样老师，好确定了框架，避免以后论文修改过程中出现大改的情况！！ 学校的格式要求、写作规范要注意，否则很可能发回来重新改，你要还有什么不明白或不懂可以问我，希望你能够顺利毕业，迈向新的人生。 （一）选题 毕业论文（设计）题目应符合本专业的培养目标和教学要求，具有综合性和创新性。本科生要根据自己的实际情况和专业特长，选择适当的论文题目，但所写论文要与本专业所学课程有关。 （二）查阅资料、列出论文提纲 题目选定后，要在指导教师指导下开展调研和进行实验，搜集、查阅有关资料，进行加工、提炼，然后列出详细的写作提纲。 （三）完成初稿 根据所列提纲，按指导教师的意见认真完成初稿。 （四）定稿 初稿须经指导教师审阅，并按其意见和要求进行修改，然后定稿。 一般毕业论文题目的选择最好不要太泛，越具体越好，而且老师希望学生能结合自己学过的知识对问题进行分析和解决。 不知道你是否确定了选题， 确定选题了接下来你需要根据选题去查阅前辈们的相关论文， 看看人家是怎么规划论文整体框架的； 其次就是需要自己动手收集资料了， 进而整理和分析资料得出自己的论文框架； 最后就是按照框架去组织论文了。 你如果需要什么参考资料和范文我可以提供给你。 还有什么不了解的可以直接问我，希望可以帮到你，祝写作过程顺利 毕业论文选题的方法: 一、尽快确定毕业论文的选题方向 在毕业论文工作布置后,每个人都应遵循选题的基本原则,在较短的时间内把选题的方向确定下来。从毕业论文题目的性质来看,基本上可以分为两大类:一类是社会主义现代化建设实践中提出的理论和实际问题;另一类是专业学科本身发展中存在的基本范畴和基本理论问题。大学生应根据自己的志趣和爱好,尽快从上述两大类中确定一个方向。 二、在初步调查研究的基础上选定毕业论文的具体题目在选题的方向确定以后,还要经过一定的调查和研究,来进一步确定选题的范围,以至最后选定具体题目。下面介绍两种常见的选题方法。 浏览捕捉法 :这种方法就是通过对占有的文献资料快速地、大量地阅读,在比较中来确定论文题目地方法。浏览,一般是在资料占有达到一定数量时集中一段时间进行,这样便于对资料作集中的比较和鉴别。浏览的目的是在咀嚼消化已有资料的过程中,提出问题,寻找自己的研究课题。这就需要对收集到的材料作一全面的阅读研究,主要的、次要的、不同角度的、不同观点的都应了解,不能看了一些资料,有了一点看法,就到此为止,急于动笔。也不能“先入为主”,以自己头脑中原有的观点或看了第一篇资料后得到的看法去决定取舍。而应冷静地、客观地对所有资料作认真的分析思考。在浩如烟海,内容丰富的资料中吸取营养,反复思考琢磨许多时候之后,必然会有所发现,这是搞科学研究的人时常会碰到的情形。 浏览捕捉法一般可按以下步骤进行: 第一步,广泛地浏览资料。在浏览中要注意勤作笔录,随时记下资料的纲目,记下资料中对自己影响最深刻的观点、论据、论证方法等,记下脑海中涌现的点滴体会。当然,手抄笔录并不等于有言必录,有文必录,而是要做细心的选择,有目的、有重点地摘录,当详则详,当略则略,一些相同的或类似的观点和材料则不必重复摘录,只需记下资料来源及页码就行,以避免浪费时间和精力。 第二步,是将阅读所得到的方方面面的内容,进行分类、排列、组合,从中寻找问题、发现问题,材料可按纲目分类,如分成: 系统介绍有关问题研究发展概况的资料; 对某一个问题研究情况的资料; 对同一问题几种不同观点的资料; 对某一问题研究最新的资料和成果等等。 第三步,将自己在研究中的体会与资料分别加以比较,找出哪些体会在资料中没有或部分没有;哪些体会虽然资料已有,但自己对此有不同看法;哪些体会和资料是基本一致的;哪些体会是在资料基础上的深化和发挥等等。经过几番深思熟虑的思考过程,就容易萌生自己的想法。把这种想法及时捕捉住,再作进一步的思考,选题的目标也就会渐渐明确起来。
我来说一个吧，希望能给题主一点点启发就可以了。论新能源汽车的发展前景。