飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真理論與技術(shù)

目錄

第1章 飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真總體概述 1
1．1 飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)簡介 2
1．1．1 制導(dǎo)控制系統(tǒng)的定義 2
1．1．2 制導(dǎo)控制系統(tǒng)的分類 2
1．1．3 制導(dǎo)控制系統(tǒng)的組成 4
1．1．4 制導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度 6
1．2 制導(dǎo)控制系統(tǒng)仿真的相關(guān)概念 7
1．2．1 系統(tǒng)仿真的相關(guān)概念 7
1．2．2 系統(tǒng)仿真的基本原理 9
1．2．3 系統(tǒng)仿真的典型分類 11
1．2．4 系統(tǒng)仿真的一般過程 12
1．2．5 制導(dǎo)控制系統(tǒng)研制中的系統(tǒng)仿真作用 13
1．3 飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真的概念及內(nèi)涵 15
1．3．1 制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真的概念及組成 15
1．3．2 制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真的發(fā)展歷史 19
1．3．3 制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真中的關(guān)鍵技術(shù) 22
1．3．4 半實(shí)物仿真在制導(dǎo)控制系統(tǒng)研制中的作用 26
1．4 本章小結(jié) 27
第2章 飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真總體方案 29
2．1 半實(shí)物仿真系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)思想 29
2．1．1 半實(shí)物仿真系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的難度分析 29
2．1．2 半實(shí)物仿真系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的要求 31
2．1．3 半實(shí)物仿真系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容 33
2．1．4 半實(shí)物仿真系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的流程 35
2．2 典型制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真的總體框架設(shè)計(jì) 36
2．2．1 分布式仿真框架發(fā)展歷程 36
2．2．2 半實(shí)物仿真框架設(shè)計(jì)特點(diǎn) 38
2．2．3 半實(shí)物仿真功能層次設(shè)計(jì) 39
2．2．4 半實(shí)物仿真運(yùn)行階段設(shè)計(jì) 43
2．2．5 半實(shí)物仿真事件消息設(shè)計(jì) 44
2．2．6 半實(shí)物仿真設(shè)備節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 46
2．2．7 半實(shí)物仿真運(yùn)行機(jī)制設(shè)計(jì) 47
2．3 典型制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真環(huán)境的組成方案 47
2．3．1 程控飛行器半實(shí)物仿真系統(tǒng)組成方案 47
2．3．2 圖像制導(dǎo)飛行器半實(shí)物仿真系統(tǒng)組成方案 52
2．3．3 射頻制導(dǎo)飛行器半實(shí)物仿真系統(tǒng)組成方案 54
2．4 本章小結(jié) 57
第3章 飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真中的數(shù)學(xué)模型 58
3．1 仿真建模的基本原則和方法 58
3．1．1 仿真建模的基本原則 58
3．1．2 仿真建模的主要方法 59
3．1．3 飛行器數(shù)學(xué)模型的組成 60
3．2 典型飛行器動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 61
3．2．1 飛行器動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的理論基礎(chǔ) 62
3．2．2 飛行器坐標(biāo)系描述 63
3．2．3 飛行器坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系 65
3．2．4 近程飛行器六自由度模型 70
3．2．5 遠(yuǎn)程飛行器動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 73
3．2．6 滾轉(zhuǎn)導(dǎo)彈動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 77
3．3 典型制導(dǎo)控制系統(tǒng)部件的數(shù)學(xué)模型 80
3．3．1 探測系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 80
3．3．2 慣性測量器件數(shù)學(xué)模型 84
3．3．3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 86
3．3．4 動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 90
3．4 飛行環(huán)境模型 95
3．4．1 地球重力場模型 95
3．4．2 大氣參數(shù)模型 97
3．4．3 大氣風(fēng)場模型 102
3．4．4 地球海浪模型 110
3．5 本章小結(jié) 116
第4章 仿真模型實(shí)時(shí)解算技術(shù) 117
4．1 仿真模型的解算算法 117
4．1．1 動(dòng)力學(xué)常微分方程的數(shù)值積分方法 118
4．1．2 制導(dǎo)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的離散化方法 123
4．1．3 環(huán)境模型和氣動(dòng)數(shù)據(jù)的插值求解方法 127
4．2 半實(shí)物仿真的實(shí)時(shí)特性分析 130
4．2．1 半實(shí)物仿真中的時(shí)間定義 131
4．2．2 半實(shí)物仿真中的時(shí)間特性分析 132
4．2．3 半實(shí)物仿真中的實(shí)時(shí)性能約束 134
4．3 仿真模型實(shí)時(shí)解算技術(shù)總體概述 135
4．3．1 仿真計(jì)算機(jī)的任務(wù)及功能要求 135
4．3．2 仿真計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程 136
4．3．3 仿真計(jì)算機(jī)的分類方法 138
4．3．4 仿真計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu) 139
4．3．5 常用的仿真建模途徑 140
4．4 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)技術(shù)概述 142
4．4．1 Windows操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能分析 143
4．4．2 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的相關(guān)概念 146
4．4．3 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的性能要求 147
4．4．4 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià) 149
4．4．5 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的典型代表 152
4．4．6 VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡介 154
4．4．7 RTX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡介 158
4．4．8 QNX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡介 165
4．5 典型實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)解決方案 172
4．5．1 iHawk并行計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng) 172
4．5．2 EuroSim 172
4．5．3 Speedgoat 172
4．5．4 VeriStand 173
4．5．5 dSPACE 173
4．5．6 RT-LAB 173
4．5．7 YH-AStar 173
4．5．8 KDRTS 174
4．5．9 海鷹仿真工作站 174
4．5．10 HiGale 174
4．5．11 HRT1000 174
4．5．12 RTMSPlatform 175
4．6 仿真模型實(shí)時(shí)解算技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì) 175
4．7 本章小結(jié) 175
第5章 半實(shí)物仿真系統(tǒng)中的通信接口技術(shù) 177
5．1 仿真系統(tǒng)中通信接口技術(shù)概述 177
5．1．1 半實(shí)物仿真系統(tǒng)中通信接口的類型 177
5．1．2 半實(shí)物仿真系統(tǒng)中通信接口的任務(wù)要求 178
5．1．3 半實(shí)物仿真系統(tǒng)中通信接口的性能要求 179
5．2 仿真通信網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù) 180
5．2．1 仿真通信網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念 180
5．2．2 TCP/IP通信技術(shù) 184
5．2．3 反射內(nèi)存通信技術(shù) 189
5．3 仿真系統(tǒng)與參試產(chǎn)品之間的通信接口技術(shù) 193
5．3．1 模擬信號(hào)接口技術(shù) 193
5．3．2 數(shù)字輸入/輸出接口技術(shù) 196
5．3．3 串行通信技術(shù) 198
5．3．4 ARINC429通信技術(shù) 204
5．3．5 MIL-STD-1553B總線通信技術(shù) 207
5．3．6 CAN總線通信技術(shù) 213
5．3．7 LVDS通信技術(shù) 216
5．4 串行通信接口技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì) 220
5．5 本章小結(jié) 220
第6章 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)特性仿真技術(shù) 221
6．1 陀螺儀工作特性分析 221
6．1．1 陀螺儀的工作原理 222
6．1．2 陀螺儀的誤差表現(xiàn) 223
6．1．3 陀螺儀的誤差起因 224
6．2 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真的概念及分類 225
6．2．1 姿態(tài)模擬器的任務(wù)及工作原理 226
6．2．2 姿態(tài)模擬器的發(fā)展歷程 226
6．2．3 姿態(tài)模擬器的系統(tǒng)組成 227
6．2．4 姿態(tài)模擬器的分類 229
6．2．5 姿態(tài)模擬器的主要技術(shù)指標(biāo) 232
6．3 姿態(tài)模擬器的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容研究 234
6．3．1 姿態(tài)模擬器的機(jī)械臺(tái)體設(shè)計(jì) 235
6．3．2 姿態(tài)模擬器的結(jié)構(gòu)特性分析 237
6．3．3 姿態(tài)模擬器的電氣伺服系統(tǒng)選型 240
6．3．4 姿態(tài)模擬器的伺服控制方法 243
6．3．5 姿態(tài)模擬器的校準(zhǔn)標(biāo)定技術(shù) 246
6．3．6 姿態(tài)模擬器的控制軟件設(shè)計(jì) 248
6．3．7 某型三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)過程 253
6．4 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)特性仿真的未來發(fā)展趨勢(shì) 257
6．5 本章小結(jié) 258
第7章 氣動(dòng)負(fù)載仿真技術(shù) 259
7．1 舵機(jī)氣動(dòng)負(fù)載力矩簡介 259
7．1．1 舵面氣動(dòng)負(fù)載的組成 259
7．1．2 舵面鉸鏈力矩對(duì)于控制系統(tǒng)的影響 260
7．1．3 決定舵面鉸鏈力矩大小的因素分析 260
7．2 氣動(dòng)負(fù)載仿真的概念及分類 261
7．2．1 氣動(dòng)負(fù)載模擬器的任務(wù)及工作原理 262
7．2．2 氣動(dòng)負(fù)載模擬器的發(fā)展歷程 262
7．2．3 氣動(dòng)負(fù)載模擬器的系統(tǒng)組成 264
7．2．4 氣動(dòng)負(fù)載模擬器的分類 264
7．2．5 氣動(dòng)負(fù)載模擬器的主要技術(shù)指標(biāo) 268
7．3 氣動(dòng)負(fù)載模擬器的多余力矩問題 272
7．3．1 多余力矩問題的相關(guān)概念 272
7．3．2 多余力矩問題的特點(diǎn)分析及影響分析 274
7．3．3 多余力矩問題的常用補(bǔ)償方法 275
7．4 某型電動(dòng)式負(fù)載模擬器的設(shè)計(jì)過程 281
7．4．1 某型電動(dòng)式負(fù)載模擬器的功能要求及技術(shù)指標(biāo) 281
7．4．2 某型電動(dòng)式負(fù)載模擬器的總體方案規(guī)劃 283
7．4．3 某型電動(dòng)式負(fù)載模擬器的硬件設(shè)計(jì)選型 285
7．4．4 某型電動(dòng)式負(fù)載模擬器的軟件方案設(shè)計(jì) 292
7．4．5 某型電動(dòng)式負(fù)載模擬器的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo) 297
7．4．6 某型電動(dòng)式負(fù)載模擬器的設(shè)計(jì)結(jié)果 305
7．5 氣動(dòng)負(fù)載仿真技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì) 306
7．6 本章小結(jié) 306
第8章 紅外場景實(shí)時(shí)仿真技術(shù) 308
8．1 紅外制導(dǎo)技術(shù)簡介 308
8．1．1 紅外制導(dǎo)技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展歷程 308
8．1．2 紅外制導(dǎo)的工作原理 309
8．1．3 紅外制導(dǎo)面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢(shì) 311
8．2 紅外場景動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)總體概述 312
8．2．1 紅外場景動(dòng)態(tài)仿真的發(fā)展 312
8．2．2 紅外場景動(dòng)態(tài)仿真的任務(wù) 313
8．2．3 紅外場景動(dòng)態(tài)仿真的分類 313
8．2．4 紅外場景動(dòng)態(tài)仿真的組成 314
8．3 紅外場景建模計(jì)算技術(shù) 315
8．3．1 紅外場景建模計(jì)算的方法及步驟 315
8．3．2 典型作戰(zhàn)場景三維建模方法 318
8．3．3 紅外輻射計(jì)算的理論基礎(chǔ) 321
8．3．4 典型背景紅外輻射計(jì)算方法 323
8．3．5 典型目標(biāo)紅外特征計(jì)算方法 330
8．3．6 典型紅外干擾輻射計(jì)算方法 335
8．3．7 紅外場景大氣傳輸效應(yīng)計(jì)算 339
8．3．8 典型紅外場景建模軟件 343
8．4 紅外輻射場景動(dòng)態(tài)生成技術(shù) 346
8．4．1 紅外輻射場景動(dòng)態(tài)生成裝置的發(fā)展及分類 346
8．4．2 紅外輻射場景動(dòng)態(tài)生成裝置的主要技術(shù)指標(biāo) 351
8．4．3 紅外點(diǎn)源目標(biāo)模擬器 354
8．4．4 基于MOS電阻陣列的紅外輻射場景動(dòng)態(tài)生成裝置 357
8．4．5 基于DMD微反射鏡陣列的紅外輻射場景動(dòng)態(tài)生成裝置 363
8．5 紅外場景仿真的未來發(fā)展趨勢(shì) 369
8．6 本章小結(jié) 370
第9章 射頻電磁環(huán)境動(dòng)態(tài)仿真技術(shù) 371
9．1 雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)簡介 371
9．1．1 雷達(dá)射頻制導(dǎo)的發(fā)展及分類 371
9．1．2 雷達(dá)導(dǎo)引頭的分類及組成 374
9．1．3 雷達(dá)測量的基本工作原理 381
9．1．4 雷達(dá)導(dǎo)引頭面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢(shì) 383
9．2 射頻電磁環(huán)境仿真技術(shù)總體概述 384
9．2．1 射頻電磁環(huán)境仿真的發(fā)展 384
9．2．2 射頻電磁環(huán)境仿真的任務(wù) 385
9．2．3 射頻電磁環(huán)境仿真的分類 386
9．2．4 射頻電磁環(huán)境仿真的組成 387
9．3 復(fù)雜電磁環(huán)境的射頻信號(hào)計(jì)算技術(shù) 387
9．3．1 復(fù)雜電磁環(huán)境計(jì)算的主要內(nèi)容 388
9．3．2 典型目標(biāo)回波信號(hào)計(jì)算 391
9．3．3 典型雜波干擾信號(hào)計(jì)算 397
9．3．4 典型射頻誘餌干擾計(jì)算 402
9．3．5 大氣傳輸損耗計(jì)算 412
9．4 射頻場景模擬器技術(shù) 415
9．4．1 射頻場景模擬器的分類 415
9．4．2 射頻信號(hào)生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 416
9．4．3 天線陣列及饋電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 419
9．4．4 射頻信號(hào)校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 425
9．4．5 射頻場景模擬器的主要指標(biāo) 428
9．5 微波暗室技術(shù) 430
9．5．1 微波暗室的任務(wù)及發(fā)展 430
9．5．2 微波暗室的工作機(jī)理 432
9．5．3 微波暗室的類型分類 434
9．5．4 微波暗室的組成 437
9．5．5 微波暗室的主要指標(biāo) 441
9．5．6 微波暗室的設(shè)計(jì)過程 444
9．5．7 微波暗室的性能測試方法 448
9．6 射頻場景仿真技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì) 449
9．6．1 提高模擬射頻信號(hào)的性能要求 449
9．6．2 提升模擬射頻場景的復(fù)雜程度 449
9．6．3 擴(kuò)展模擬射頻場景的波段范圍 450
9．6．4 開展射頻場景的復(fù)合仿真 450
9．7 本章小結(jié) 450
第10章 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真技術(shù) 451
10．1 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)簡介 451
10．1．1 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展概況 451
10．1．2 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成 453
10．1．3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理 454
10．1．4 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)組成 460
10．1．5 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)中的噪聲及干擾 460
10．2 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真的概念及分類 461
10．2．1 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真的任務(wù) 462
10．2．2 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真的組成及工作原理 462
10．2．3 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真的發(fā)展歷程 463
10．2．4 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真的主要技術(shù)指標(biāo) 464
10．2．5 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 467
10．3 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 467
10．3．1 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真系統(tǒng)的總體架構(gòu) 467
10．3．2 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真中空間星座計(jì)算 468
10．3．3 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真中信號(hào)傳輸影響 475
10．3．4 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真中終端信號(hào)計(jì)算 493
10．3．5 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真中載波信號(hào)編碼 500
10．3．6 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真中射頻信號(hào)合成 511
10．3．7 典型的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器 513
10．4 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)仿真的未來發(fā)展趨勢(shì) 516
10．5 本章小結(jié) 516
第11章 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)研制、集成、試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù) 517
11．1 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的項(xiàng)目研制過程 517
11．1．1 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的方案論證階段 519
11．1．2 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)階段 521
11．1．3 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的項(xiàng)目研制階段 523
11．1．4 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的集成聯(lián)試階段 524
11．1．5 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的驗(yàn)收交付階段 524
11．2 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的設(shè)備總體集成 525
11．2．1 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的集成聯(lián)試目標(biāo) 525
11．2．2 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的集成聯(lián)試內(nèi)容 526
11．2．3 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的集成聯(lián)試步驟 527
11．3 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 528
11．3．1 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì) 529
11．3．2 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的偏差參數(shù)分析 531
11．3．3 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理 535
11．3．4 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì) 536
11．3．5 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法 537
11．4 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)過程管理 541
11．4．1 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)管理文檔 541
11．4．2 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)過程操作 544
11．4．3 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的異常處理設(shè)計(jì) 545
11．5 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析技術(shù) 549
11．5．1 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析內(nèi)容 549
11．5．2 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法 551
11．5．3 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法 555
11．6 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估技術(shù) 556
11．6．1 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)一致性評(píng)估方法 557
11．6．2 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)可信度評(píng)估方法 559
11．6．3 制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的試驗(yàn)誤差影響分析 564
11．7 本章小結(jié) 567
參考文獻(xiàn) 569