网络系统仿真

2024-05-28

网络系统仿真（精选12篇）

网络系统仿真篇1

0 引言

变电站的正常运行对于电气系统的安全运转至关重要[1,2]。为保证变电站的正常运行, 需要对变电站工作人员进行必要的培训。当前各类变电站仿真培训系统多以二维平面系统或利用相关设备部署进行实际培训为主, 这种培训方法成本较高且不具备通用性。使用虚拟现实技术结合虚拟人行为仿真技术设计的变电站三维仿真系统可以克服以上缺点, 且仿真效果较为真实, 培训效果更为理想[3,4]。

1 系统结构

基于行为仿真的变电站仿真系统由3个步骤实现:变电站模型创建、虚拟人行为数据的创建、场景漫游与交互功能的实现。首先利用三维建模技术与虚拟人建模技术建立系统中的设备模型与人物模型, 然后利用虚拟人行为建模技术构建虚拟人行为动画, 最后利用开源场景图形库 (Open Scene Graph, OSG) 与骨骼动画引擎 (Character Animation Library, Cal3D) 实现场景交互控制。基于行为仿真的变电站仿真系统结构如图1所示。

2 模型创建

本文使用3ds Max创建变电站的设备模型与人物模型, 并使用优化方法对所建模型进行优化。变电站模型由电气设备模型、控制室模型和虚拟人模型组成。变电站模型结构如图2所示。

在3ds Max中, 使用拉伸、旋转、位移等技术分别建立电气设备模型与控制室模型, 使用Poser结合3ds Max建立虚拟人模型, 在建立完模型后, 使用插件将制作完成的模型文件导出为OSG可识别的文件格式。

由于使用3ds Max建立的模型数目较多, 模型体积较大, 模型系统结构较为复杂, 在进行漫游仿真时会对系统的运行产生较大的影响, 为了提高系统的运行速度, 本文对所建模型进行了一定程度的优化, 优化步骤如下。

1) 使用细节层次模型 (L evels of Details, LOD) 方法对场景模型进行优化。在不影响画面视觉效果的条件下, 使用此方法可以逐次简化景物的表面细节, 减少场景的几何复杂性, 从而提高绘制效率。该技术通常对每个原始多面体模型建立几个不同逼近精度的几何模型, 与原模型相比, 每个模型均保留了一定层次的细节。在绘制时, 根据不同的标准选择适当的层次模型来表示物体。

2) 简化贴图纹理。一方面降低模型贴图的分辨率, 以减少模型贴图对渲染时的影响;另一方面使用p ng、jpg等体积较小的文件格式作为贴图文件格式, 以减少贴图总体积。

3) 选择合适的模型文件。OSG支持的基本文件格式有.osg与.ive格式, 其中.ive格式可以在损失极小真实度的情况下大幅压缩模型文件的大小, 因此本文将模型文件转为.ive格式进行存储, 此外, 虚拟人模型是无法保存为.ive格式的, 因此本文只将除了人物之外的模型导出为.ive格式文件, 以降低模型文件大小, 增强系统的运行速度。

部分已创建的变电站设备模型与人物模型如图3所示。

3 变电站设备库与虚拟人行为动画的建立

3.1 变电站设备库的建立

变电站设备库包含了除虚拟人模型以外的所有变电站设备模型以及与此设备相关联的信息描述, 为有效进行设备查询, 本文使用SQL Server 2005数据库将已建好的模型与设备信息进行关联, 进而建立了变电站设备库 (见表1) , 系统中每个设备模型对应一个唯一的ID, 并在表中描述该ID对应的变电站设备的信息描述, 信息描述内容包括设备文字描述 (包括设备名称、设备型号以及设备的使用参数等) 与设备使用注意事项描述。

变电站设备数据库表关系如图4所示。

3.2 虚拟人行为动画的建立

虚拟人行为库是系统的核心仿真数据, 它构成了变电站中人的行为的集合, 其建立过程分为2步:采集并抽象变电站中人的行为和根据抽象结果对人的行为进行仿真。

3.2.1 采集并抽象变电站中的人的行为

变电站中人的主要行为是倒闸操作, 在变电站中倒闸操作的主要流程包括:填写操作票、接收操作命令、进行模拟操作、在场景中进行实际倒闸操作。由于各个步骤的操作较为复杂, 可将复杂行为分解为简单行为后分别对简单行为进行建模, 之后再组合成复杂行为。变电站中人的行为分析见表2所列。

3.2.2 根据抽象结果对人的行为进行仿真

根据抽象结果, 利用虚拟人行为建模技术[5,6]为虚拟人模型建立行为动画, 本文的行为建模基于骨骼建模技术, 行为动画建立的步骤如下。

1) 在3ds Max中导入已创建的虚拟人模型, 同时建立新的Bip骨骼对象。

2) 冻结虚拟人模型的网格, 调整骨骼对象, 将其嵌入到虚拟人模型中, 调整使之符合虚拟人模型, 并使用Physique修改器将骨骼对象与虚拟人模型绑定。

3) 建立动画关键帧, 对骨骼对象的关节和连接处进行旋转和位移操作以实现不同的骨骼动画。

4) 导出动画文件。本文使用Cal3D完成虚拟人行为的渲染与仿真, 因此需要将虚拟人导出为Cal3D支持的文件格式, Cal3D将虚拟人分为3种文件格式:骨骼文件、网格文件与动画文件。本文使用插件将已经建立行为动画的虚拟人模型分别导出为骨骼、网格与动画3种文件格式。虚拟人行为动画的创建过程如图5所示。

4 场景漫游与交互行为的实现

4.1 虚拟人行为动画生成算法的实现

场景漫游与交互行为的实现主要包括虚拟人行为动画的生成算法实现与辅助子系统的实现, 其中虚拟人行为动画的生成算法为辅助子系统所调用, 用于用户在控制虚拟人行为时绘制虚拟人行为动画。

本算法的目的是实现虚拟人行为的绘制与调用, 本文提出了基于属性与碰撞检测的虚拟人行为生成方法, 该方法主要是根据仿真环境中的碰撞检测点来调用不同的虚拟人行为动画文件, 实现虚拟人行为的绘制, 优点在于思路简单, 效率较高, 具体步骤如下。

1) 创建Cal3D虚拟人配置文件。Cal3D通过读取该配置文件来进行渲染, 配置文件用于描述虚拟人的网格与动画文件。虚拟人配置文件参数见表3所列。

2) 读取碰撞检测点与虚拟人行为对应列表。在前文分析中, 变电站中虚拟人的行为主要分为4个, 根据行为的个数设置4个特定的碰撞检测点, 用户控制虚拟人在环境中漫游并发生碰撞时, 如果当前碰撞点是特定的碰撞检测点, 则根据碰撞检测点与虚拟人行为的对应关系表进行虚拟人行为动画的绘制。碰撞检测点与虚拟人行为的对应列表见表4所列。

3) 碰撞检测判定。当虚拟人与场景中的某个物品发生碰撞检测时, 判定当前碰撞点是否为特定的碰撞点, 如果是, 则根据步骤2中的表读取相应的行为动画 (步骤1中所创建) , 完成行为动画的生成, 反之, 则不作处理。

虚拟人行为动画生成算法流程如图6所示。

4.2 辅助子系统的实现

本文设计并实现了一套辅助子系统用于辅助用户对虚拟人进行控制。辅助子系统由场景加载与碰撞检测、事件响应与交互、设备查询3个部分构成。

对于场景加载与碰撞检测的实现, 本文使用OSG平台实现对变电站场景的加载与绘制。场景加载的实现如图7所示。

对于碰撞检测的实现, 本文使用通用的OBB包围盒算法, 这里不再赘述。当发生碰撞检测时, 系统会调用前文中的虚拟人行为动画生成算法对碰撞点进行检测, 从而绘制不同的虚拟人行为动画。

对于事件响应与交互的实现, 在本文中系统主要实现了漫游控制、鼠标点击响应等事件响应, 使用OSG实现事件响应。事件响应与交互的实现如图8所示。

最后是设备查询的实现, 当用户点击场景中的某个设备时, 系统会给出该设备的详细参数与说明, 从而使用户获得设备的相关信息。设备查询的实现步骤如图9所示。

部分漫游与虚拟人行为仿真结果截图如图10所示。

5 结语

基于行为仿真的变电站仿真系统不仅具备普通变电站仿真系统的一般功能, 还可以对变电站中人的行为进行仿真演示, 从而弥补了大多数变电站仿真系统中无法对人的行为进行仿真的空白, 可以更好地满足现代变电站的仿真培训需求。

摘要：为了降低变电站培训成本与提高培训的真实感, 对变电站中人的行为进行了研究与仿真, 结合虚拟现实技术、虚拟人行为仿真技术设计并实现了一套变电站仿真系统。利用三维建模技术构建了变电站中的主要虚拟人模型和主要的场景模型;利用行为建模技术为变电站中的虚拟人建立了行为动画;利用开源场景图形库 (OSG) 平台与骨骼动画引擎 (Cal3D) 平台实现了变电站的漫游仿真与虚拟人行为控制仿真, 提出并实现了基于属性与碰撞检测的虚拟人行为生成算法, 设计并实现了一套辅助子系统用于辅助用户完成变电站中的仿真与设备查询。实验结果显示, 设计实现的仿真系统仿真效果较好, 具有一定的实用性和现实意义。

关键词：变电站仿真,虚拟人仿真,漫游,开源场景图形库,骨骼动画引擎

参考文献

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[5]王兆其.虚拟人合成研究综述[J].中国科学院研究生学报, 2000, 17 (2) :89–98.WANG Zhao-qi.Study on synthesis of virtual human[J].Journal of the Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, 2000, 17 (2) :89–98.

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网络系统仿真篇2

电力系统的潮流计算，是指在给定电力系统网络拓扑结构，元件参数和发电负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角，待求的运行参量包括网络中各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。

2、潮流计算的目的

电力系统潮流计算的最主要目的是为了让电力系统能够安全稳定运行的同时做到经济运行，为电力资源的调度，电网的规划，电力系统的可靠性分析提供支撑。

具体表现：（1）、在电网规划阶段，通过潮流计算，合理规划电源容量及接入点，合理规划网架，选择无功补偿方案，满足规划水平的大小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。（2）、在编年运行方式时，在预计负荷增长及新设备投入运行基础上，选择典型方式进行潮流计算，发现电网中的薄弱环节，供调度人员日常调度控制参考，并对规划、基建部门提出改进网架结构，加快基建进度的建议。（3）、正常检修及特殊运行方式下的潮流计算，用于日常运行方式的编制，指导发电厂开机方式，有功、无功调整方案及负荷调整方案，满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。（4）、预想事故、设备退出对静态完全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。

即电力系统在运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行方式，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力系统应用最广泛，最基本和最重要的一种电气运算，在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算，而在电力系统运行状态的实时监控中，采用在线潮流计算。

3、本次仿真的目的及任务

通过仿真，了解和熟悉电力系统潮流分析计算的软件的使用方法，结合理论知识，熟悉计算机解潮流分布时的方法，学会分析潮流计算的结果，对功率，电压等作出评价是否符合要求，初步能够运用计算机对一个小型电力系统网络供电的设计。

自动巡航系统建模与仿真篇3

关键词：巡航控制系统 PID控制 SIMULINK仿真

中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0235-01

自动巡航控制系统是为提高车辆纵向运动主动安全性而设计的自动辅助驾驶系统，是实现车辆自动化和智能化的一个重要组成部分。汽车电子自动巡航控制系统主要由巡航控制开关、车速传感器、电子控制单元（ECU）、汽车制动开关、执行器等组成。其工作原理是控制目标车辆的纵向运动状态，从而保持期望的车辆速度和与前方引导车之间的安全距离。在保持安全车间距离的要求下跟踪前车行驶，实现较少驾驶员的操作，减轻其疲劳程度。该文中仅以整车为研究对象，建立速度与车辆纵向力学之间的关系，从而直接获得期望的速度，系统包含控制器和理想速度与汽车纵向力学模型。

1 系统数学模型的建立

动力性是汽车各种性能中最基本，最重要的性能。为此，我们将从分析汽车行驶时的受力出发，建立行驶方程式。在对于驱动动力学研究中，首先要知道汽车在行驶过程中所受阻力主要是由车轮滚动阻力、空气阻力和坡度阻力组成的。这里谈论的行驶阻力代表了车辆对发动机输出动力和功率的需求，而提供这一需求的供应链则由汽车的动力传动系统完成，此外，路面附着系数也会影响到这种供求关系的平衡，直接影响到汽车的动力性能。[2]

为了更好地描述车辆在行驶过程中的复杂受力情况，可以采用化整为零的方法，把整车分割成驱动力、摩擦阻力、空气阻力和坡度阻力四大部分，分别对其研究，最后综合这三部分建立起汽车纵向动力学数学模型。汽车行驶方程式为

（1）

式中 Ft为汽车的驱动力；

Fw为空气阻力；

Ff为汽车质量；

Fi为汽车的坡度阻力；

Fj为加速阻力。

（2）

此公式表明了汽车行驶时驱动力和外界阻力之间的相互关系的普遍状况。当发动机的转速特性，变速器的传动比，主减速比，传动效率，车轮半径，空气阻力系数，汽车迎风面积以及汽车质量等初步确定后，便可利用此式分析在附着性能良好的典型路面（混凝土，沥青路面）上的行驶能力，即确定汽车在节气门全开始可能达到的最高车速，加速能力和爬坡能力。由此被控对象输入量为汽车驱动力Ft和输出量为汽车行驶速度v之间的关系。[3]

（3）

2 系统仿真模型的建立

总体力学仿真中包含：摩擦阻力模型、空气阻力模型、坡度阻力模型等。将以上模型进行封装得到最后的力学仿真模型如图1所示。

3 控制策略的制定

该文采用PID控制策略进行车速的控制，PID控制为比例积分微分控制，它是根据汽车实际行驶车速与设定车速之间的偏差，参考过去、针对现在、预估未来等各种状况，实现系统参数不变的汽车巡航控制。 PID控制算法的表达式为：

（4）

式中为比例系数；

为积分时间常数；

为微分时间常数。

对PID和纵向力学模型进行整体建模，得到闭环传递系统，将PID、纵向力学仿真模块进行封装。在MATLAB/Simulink中建立模型如图2所示

4 结论

在Simulink中搭建完成了汽车巡航控制系统仿真模型，对巡航控制选用的PID控制策略进行了仿真分析。通过在不同车速下的仿真分析我们可以看出PID的控制结果在很短的时间内我们得到了最佳的控制速度，得到了较好的控制策略。

参考文献

[1]赵秀春，徐国凯，张涛，等.基于模糊控制的车辆自适应巡航系统设计[J].大连民族学院学报，2013（5）：30-35.

[2]于志生.汽車理论[M].机械工业出版社2012.

网络系统仿真篇4

1 DCS键盘简介

针对于不同的DCS系统，所使用的键盘大体相同。在实际的化工生产中，用得比较多的DCS系统是Honeywell的TDC3000和Yokogaw a的CS3000。下面简要介绍CS3000的键盘。

CS3000系统的键盘共分为四个区：1区为功能键，直接调用组态的图形、控制分组及总貌;2区为系统操作快捷键;3区为通用微机键盘区;4区为操作专用键。

功能键是设置在仿真键盘上部的2行带有指示灯的键，其功能是在系统生成时定义的。可用来实现操作画面或指定位号的一触式调出。

操作快捷键位于键盘的中部，上面有各种不同的图标，分别对应于不同的流程窗口，只要按下快捷键，系统窗口就能显示出来。

键盘的下部分为左右两部分，左部分为通用键盘，可以输入字母、数字、字符等。这一部分的功能相当于实现普通PC机键盘的功能。右部分为操作专用键，完成诸如数值快速调整、操作确认、MV和SV操作切换等专用的功能。

键盘上还有一个钥匙孔，有三个位置可选，使用钥匙来控制可操作范围。其中工程师钥匙可以切换到任何位置(ENG, KEY-ON, KEY-OFF)，操作员只有两种位置可选(KEY-ON, KEY-OFF)。钥匙功能如表1:

其它DCS系统的操作键盘的功能和CS3000操作键盘的功能大体相似，仅在按键的排列和名称以及数目多少上略有不同。

2 仿真键盘的软件设计

2.1 总体设计方案

仿真键盘通过串口连入计算机，与计算机之间通过RS-232协议进行通讯，在Windows环境下采用动态链接库来驱动键盘，具有效率高、没有兼容性问题以及代码复用性好的特点。在程序设计中，尽量模拟标准键盘的行为，使操作站软件可以在普通键盘上调试好后再接上仿真键盘运行，方便了操作站软件的开发。设计的仿真键盘驱动程序可在不影响标准键盘使用的情况下实现仿真键盘的功能，标准键盘与仿真键盘可以同时使用。

为了保证仿真键盘和普通键盘在编程界面上的一致性，驱动程序也要有特殊的设计。本文设计的程序是将读入的扫描码转化为键码，写入Windows操作系统的键盘缓冲区，使操作系统可以自动识别仿真键盘的按键。

Vis ualC++6.0是Micros oft公司的De ve lope r Studio 6.0工具集的重要组成部分，还集成了多种有用的工具与功能，大大提高了Window s环境下的应用程序开发效率，几乎能够开发Window s环境下的所有类型的程序，并且在和Windows操作系统的兼容性方面有着很大的优势。因而，我们选用VisualC++6.0来开发仿真键盘的实现程序。

仿真键盘程序的总体结构如图1所示：

动态链接库(Dynamics LinkLibrary，简称DLL)是一个包含了若干函数的可执行模块，Windows应用程序可以调用这些函数来完成实际的任务。DLL在Windows环境中起着重要的作用。所有的Window s库均是动态链接库。使用动态链接库的目的就是用以实现代码、数据或硬件资源的共享。在仿真培训系统中，几乎每个地方都要用到仿真键盘程序，所以我们选用把仿真键盘程序变为DLL这种形式来实现程序的共享，提高系统的运行效率。

用VisualC++6.0编制动态链接库，首先用App Wizard自动生成DLL框架，但不产生任何代码，所有代码均需用户自己键入。DLL需要的文件有：*.h函数声明文件;*.c源文件;*.def定义文件。

h文件的作用是声明DLL要实现的函数原型，供DLL编译使用，同时还提供应用程序编译使用。

c文件是实现具体文件的源文件，它有一个入口点函数，在DLL被初次调用时运行，做些初始化工作，一般情况下，用户无须做什么初始化工作，只需保留入口点函数框架即可。

de f文件是DLL项目中比较特殊的文件，它用来定义该DLL项目将输出那些函数，只有该文件列出的函数才能被应用函数调用，要输出的函数名列在该文件的EXPORTS关键字下面。

2.2 主要设计程序

仿真键盘程序的键码转换和生成动态链接库的主要程序如下：

定义每个按键所对应的键值：

声明程序为动态链接库输出：

按键处理主程序：

经过上述的几个过程, 用VisualC++6.0对完整的程序进行编译连接后就可以生成动态链接库。在仿真培训系统的开发过程中, 通过对此DLL中conve rt () 函数的调用就可以实现仿真键盘中通用键盘的功能。这里主要是通过改变Windows操作系统键盘缓冲区中标准键盘的键码来实现的。其它专用键部分的操作实现的原理也是如此。

摘要：文章介绍了一种在DCS仿真培训系统中实现仿真键盘的方法。使用动态链接库技术来实现代码的共享和复用, 提高了仿真培训系统的运行效率, 方便了操作站软件的开发。

关键词：DCS,仿真培训,仿真键盘

参考文献

[1]李媛媛编著.Visual C++网络通信开发入门与编程实践[M].北京:电子工业出版社, 2008.

雷达系统仿真个人总结篇5

1、雷达的基本任务可以概括为：探测、定位、成像、识别。

2、系统仿真的定义: 系统仿真就是进行模型试验，通过系统模型的试验去研究一个已经存在的或正在设计中的系统的过程。这个模型是对系统的简化提炼，能反映问题的本质或主要矛盾，这种建立在模型系统上的试验技术称之为仿真技术。

3、系统模型：是系统某种特定性能的一种抽象形式。

系统模型实质是一个由研究目的所确定的，关于系统某一方面本质属性的抽象和简化，并以某种形式来描述。

模型可以描述系统的本质和内在的关系，通过对模型的分析研究，达到对原型系统的了解。系统模型的建立是系统仿真的基础。

4、计算机仿真的步骤：1）模型建立阶段：系统分析与描述、建立系统的数学模型

2）模型转换阶段：数据收集、建立系统的仿真模型、模型验证、模型确认

3）模型试验阶段：试验设计、仿真运行研究、仿真结果分析

清楚仿真每一步步骤，知道关键步骤。

请简述系统仿真、系统模型的概念以及系统仿真的步骤。

第二章

1、蒙特卡洛方法，也叫随机抽样法或统计试验方法，又称计算机随机模拟方法，其基本原理是事件发生的“频率”来决定事件的“概率”。

2、蒙特卡洛（Monte Carlo）方法实现步骤：构造或描述概率过程、实现从已知概率分布抽样、建立各种估计量。

3、蒙特卡洛方法的理论基础是概率论中的基本定律——大数定律。

4、重要抽样技术——小概率事件仿真。重要抽样技术的基本思想：通过尺度变换（Change of Measure，CM）来修改决定仿真输出结果的概率测度，使本来发生概率很小的稀有事件频繁发生，从而加快仿真速度，能够在较短的时间内得到稀有事件。

5、重要抽样技术利用修改了的概率密度函数进行抽样，得到以较高概率出现的样本，然后通过对其输出结果加权来补偿由修改密度函数带来的偏差。按以上思路，可以在较短的时间内得到稀有事件。

6、请按照蒙特卡洛方法的步骤计算下面的积分，并用数学公式解释重要抽样技术的思想。

清楚蒙特卡洛定义。仿真是蒙特卡洛的应用，给题目，怎么用蒙特卡

洛实现。概念、实施过程，定积分

第三章

1、均匀分布白噪声的产生：物理方法——真随机数；数学方法——伪随机数，包括：线性同余法、联合法（组合发生器）、反馈位移寄存器法。

2、非均匀分布白噪声的产生：理论方法：反变换法、舍选抽样法、复合法、变换法、查表法。

3、反变换法：由已知的分布函数r = F(x)反过来求x = F-1(r)。

4、变换法：利用变换关系从一种分布的随机数产生另一种分布的随机数。反变换法是此法特例。

请解释一下变换法与反变换法的区别与联系。

第四章

1、随机矢量的定义

2、随机矢量抽样

随机矢量用协方差阵描述各变量之间的相关性。若视随机矢量的一次抽样为一随机序列，则它可以仿真相关随机序列。

缺点：当N很大时其计算量非常大，一般情况仅具有理论意义。

3、线性滤波法（产生高斯色噪声）：理论基础——概率分布要求、功率谱密度要求

4、概率分布要求的物理解释：由高斯随机变量性质知：n维高斯随机变量的线性组合仍为高斯分布，因此Y(t)是高斯分布的。显然Y(t)在任意m个时刻取值构成的m个随机变量都可看成输入随机过程X(t)的n(无穷)维高斯变量线性变换所得，这样m个随机变量间仅存在线性相关关系，故它们服从m维高斯分布，即输出Y(t)是高斯过程。只要求得系统的输出均值及相关函数集合，即可得到输出随机过程的多维概率密度函数。

5、功率谱密度要求的解释：输出随机过程的功率谱形状主要取决于系统的幅频特性，这样为产生特定相关特性(特定功率谱密度)的随机过程，可将白噪声通过一个特定的线性系统来产生

4、ARMA模型——产生实高斯色噪声

5、复高斯白噪声线性滤波法——产生复高斯色噪声

6、功率谱密度逆变换——产生复色噪声

请解释线性滤波法的原理并画出框图，解释一下两个约束条件。

第五章

1、相关传递法：可以使一个随机序列的相关特性传递给另一个随机序列。

具体过程：只要使第一个序列具有所要求的振幅分布，第二个序列具有规定的相关特性，通过使第一个序列按第二个序列的大小次序排列就可使前者同时具有规定的概率密度函数和相关特性。

解释：概率分布是随机序列值大小的总体描述而与其排列次序无关，而自相关特性不仅与随机序列值大小有关，更取决于序列值的相对位置，因此概率分布特性与自相关特性是两个截然不同、完全无关的概念，可以分别单独考虑实现。

2、ZMNL方法的思想：首先通过线性滤波产生相关高斯随机过程，然后经过某种非线性变换得到所要求的相关随机序列。

3、ZMNL中线性变换产生特定的PSD，非线性变换产生特定的PDF

4、SIRP方法是一种外生模型，它允许对杂波的边缘概率密度函数和自相关函数独立进行控制，从而克服了ZMNL方法中非线性变换对相关函数的影响。基本思路是：将高斯白噪声序列wk经过一个线性系统Hz，得到一个相关高斯随机序列yk，然后用特定的概率密度函数的随机序列sk进行调制即得到所需的序列xk。其产生框图为： wkskHzyxk

请解释zmnl 方法的原理以及框图

第六章

1、正交双通道处理的定义：中频回波信号经过两个相似的支路分别处理，其差别仅是其基准的相参电压相位差900，这两路称为：同相支路(Inphase Channel)——I支路正交支路(Quadrature Channel)——Q支路

2、正交双通道处理框图

3、复非高斯色噪声的产生：零记忆非线性变换法(ZMNL)、球不变随机过程法(SIRP)、幅相分离法(APSM)请解释复色噪声产生的难点

对数正态不能由球不变法产生，原因:对数正态的PDF不满足SIRP随机过程PDF性质(积分表达式)

第七章

了解概念

第八章

1、概率分布的三种基本参数：位置参数、比例参数、形状参数。

2、做直方图的步骤如下：

1、将数据x1,x2,,xN分组先求数据的xmax、xmin，再取边界点axmin和bxmax。将a,bk等分得分界点aa0a1a2alakb，其中aiai1

2、统计落入每一子区间的数据频率fiba,i1,2,,k。kMi，Mi为落入每一子区间数据的个数。N3、据区间分界点及每个子区间数据个数画出直方图。

3、参数点估计的基本要求：无偏估计、有效估计

4、参数估计方法：矩估计法（优点是方便，但大样本下其精度不如极大似然估计）、极大似然法（一致、不变、渐近无偏估计）

5、直方图的改进：核函数估计、近邻估计

公式不做要求，概念要知道。无偏估计、有效估计举例子、结果

第九章

1、由样本寻找T及其渐近分布的两个基本方法：概率论中的中心极限定理、概率统计中的皮尔逊卡方检验。

2、3、拟合性检验——概率密度函数——PDF（1）卡方检验

*（2）柯尔莫哥洛夫—斯米尔诺检验（K-S检验）：小样本，只适用于连续分布函数

*（3）正态性检验——特殊方法

4、2检验是关于试验频数与理论频数有无显著差异的检验，即检验直方图与所拟合的理论密度函数之间的差异是否显著。将所拟合的分布的取值范围分为k个区间：[a0,a1]、[a1,a2]、…、[ak1,ak]。若取值范围为(,)，则取第一区间为(,a1]，最末区间为[ak1,)。设N点数据x1，x2，…，xN落入第i个区间的频数为Mi，所选择的理论分布在第i个区间取值的概率为pi，即理论频数TiNpi，则 k(MiTi)2(MiNpi)2 TiNpii1i12k当N时2~2(kl1)，l为用数据估计参数个数。此法关键在于选择子区间数，它与数据、样本容量、所拟合的概率分布等有关。

5、独立性检验——白噪声——PSD 自相关函数估计：定义法（时域法）、间接法（频域法）

功率谱密度估计：直接法（周期图法）、间接法（按定义）、现代谱估计方法

6、不相关性检验针对白噪声进行的，而相关性检验则是针对色噪声而言的，一般意义上讲，不相关性检验可视为相关性检验的一种特例。

7、相关性检验——色噪声

功率谱比值法、自相关求差法、白化法——待深入研究。请叙述直方图估计和卡方检验的步骤，并解释相关性检验的目的和方法。

第十章

1、等间距线性阵列模型

2、阵列信号的空时等价性

将空域阵列对单目标回波的采样序列amexp[jmψr]=amexp[j2π(cosφr)(md/λ)]与时域单频信号的采样序列形式snexp[j2πfsn∆t]相比较，得到如下空时对偶特性：

3、请解释阵列信号的时空等价性以及幅度加权和相位加权。

第十一章

1、雷达系统仿真：类比模拟（物理仿真）、数字计算机模拟（数字仿真）

2、数字仿真分为：功能仿真——实信号、相参视频信号仿真——复信号(目标回波+杂波+噪声)

请叙述雷达系统仿真、雷达系统数字仿真的分类以及常用的目标散射特性

各种分布的噪声的产生方法

1、均匀分布白噪声的产生：物理方法——真随机数；数学方法——伪随机数，包括：线性同余法、联合法（组合发生器）、反馈位移寄存器法。

2、非均匀分布白噪声的产生：反变换法、舍选抽样法、复合法、变换法、查表法。

3、高斯色噪声的产生：线性滤波法

4、实高斯色噪声的产生：ARMA模型

5、复高斯色噪声的产生：复高斯白噪声线性滤波法；时域滤波法、频域逆变换法（后两个是第六章的）

6、复色噪声的产生：功率谱密度逆变换

7、非高斯色噪声的产生：相关传递法、零记忆非线性变换法ZMNL、球不变随机过程法SIRP

防窃电仿真系统应用与分析篇6

一、防窃电仿真系统应用背景

河北南网防窃电仿真系统是在对现实各种窃电方式进行充分调研的基础上，对用电检查、装表接电、抄表收费等相关工种和管理人员进行培训、考核，可提高电网企业营销专业用电检查以及其它专业人员查处窃电的技术水平，从而降低线损、增加企业经济效益。本文在研究分析电能表窃电原理和用电营销现状的基础上，提出了防窃电仿真系统建设技术方案，包括防窃电仿真培训模拟装置和防窃电仿真培训系统软件的构成及功能要求。

二、防窃电仿真培训模拟装置

防窃电仿真培训模拟装置包括一套装有实际电能表的柜体装置和一套防窃电仿真培训管理系统，通过硬件与软件系统的互联实现了通过硬件装置模拟现实窃电情况，由软件系统监测、显示、存储电气参数以及显示向量图和原理接线图的功能。

（一）系统管理

河北南网防窃电仿真系统包括用户管理、密码管理、背景设置、数据管理四个子模块，对于这四个子模块管理员都可以进行操作，培训师只可对其中的密码管理和背景管理进行操作。用户管理子模块中包括添加用户、删除用户、重置用户密码，该系统仅系统管理可以使用，用于整体地管理系统的使用用户及用户的资料。

密码管理子模块主要用于用户自主地修改个人密码，以防止密码泄露后影响系统运行，保障系统的安全。

（二）用电模型的设计

河北南网防窃电仿真系统方案确定以配电网作为用电监测对象。实训室内的硬件设备模拟一条10kV馈线，高压侧配关口计量电度表，记录这一条供电线路上所有用户的总电量。一条线上带两个配电台区。第一个台区的变压器TI为公变，带三个单相负荷用户。第二个台区的变压器T2为专变，带一个三相负荷用户。第一个台区用户装三块单相电度表，分别记录各分相的电量，另配有三相电能监测装置，既可以计单相电量，又可以计三相电量总和并对系统进行监测。第二个台区用户装一块三相计量监测一体的装置，计量用电量并对系统进行监测。

（三）硬件设备的设计

河北南网防窃电仿真系统硬件组成屏式柜体，屏体元件按照电网结构与操作功能进行分布设计。根据这一思路，将硬件操作组了三块屏。关口高压计量一块屏，单相负荷用户计量、监测一块屏，三相负荷用户计量、监测一块屏。电网结构图分别绘制在三块屏上。第一块屏模拟10kV的高压关口计量，第二块屏模拟第一个台区，第三块屏模拟第二个台区。相应的元件装在各自屏上。

（四）硬件控制

硬件屏上装有控制开关，学员通过操作开关可以做各种仿真实验，模拟各种窃电现象。屏上模拟的常用窃电手段有：电压回路串电阻，电压回路串二极管，电压回路串电感，电压回路断线；电流回路短接，电流回路并电阻，电流互感器改变比；电流回路反接，电压回路反接，相地反接。

窃电仿真操作分为几个步骤：

1）故障预置：由操作开关按照图上的指示，预置一种窃电现象；

2）故障启动：屏上有启动按钮。只有按下启动按钮，预置的实验才能开始；

3）故障解除：屏上有解除按钮。只有按下解除按钮，故障才能解除；

4）操作复归：故障解除后，将预置操作开关放回正常位置，整体复归，为下次实验做好准备。

（五）监测管理

河北南网防窃电仿真系统中有管理机可以和硬件屏进行通讯管理。

管理机选用多485串口的工业控制机，工控机工作抗干扰能力强，又能支持多串口通讯。通讯方式采用主从方式。

硬件屏上模拟的窃电现象可以上传给管理机，管理机上可以下发命令，模拟和硬操屏上相同的仿真实验。为了硬件操作与软件操作不能冲突，硬件屏上装有就地、远方操作切换开关，可以方便的切换。只有切换开关在远方位置时，管理机才可以下发实验的命令。

管理机用三个485串口通讯，分别管理集中抄表、遥信量、遥控量。

集中抄表通讯遵循DL/T645-1997规约。遥信量、遥控量分别由单片机管理与工控机通讯，仿照DL/T645规约。

（六）防窃电仿真系统的实验信号设计

考虑到河北南网防窃电仿真系统可利用作为教学培训的特点，硬件组屏应做到：操作方便、信號指示明确。因此本次硬件回路特意设计了信号回路。针对着仿真操作的几个步骤，设计了红色、绿色闪光、平光信号，组合出四种信号。

1）正常工作时绿灯平光，预置一种故障绿灯闪光；

2）故障启动后红灯平光；

3）故障设置时间超长，红灯闪光报警；

故障时间由一时间继电器控制，时间在30分钟内可调，提醒实验人员实验时间长应该解除故障，但不会自动解除。

4）故障解除绿灯闪光，和预置故障状态时信号相同；

5）操作复归后绿灯平光，回到正常状态。

闪光电源为电子式信号电路，用555芯片等控制没有声音干扰。

（七）负载设计

为了使系统用户能够从实验中看到不同负载对功率因数的影响，我们设计了三种负载：阻性、感性、容性，每一种负载单独控制，可以方便地进行切换。

（八）遥信量

硬件操作屏上所做的仿真实验，都可以通过继电器的接点作为信息量上送，遥信量的采样1秒钟一次。即硬件屏上的每一次操作2秒之内就可以送给管理机。另外，就地/远方切换开关、断路器位置都作为遥信量上送。

（九）遥控量

管理机通过遥信量获悉就地/远方切换开关的状态，如果开关位置不在远方，则通过软件将管理机上的下发命令闭锁，只有确认开关在远方位置，才可以下发操作命令。管理机发的操作命令通过遥控板出口给到硬件屏上。所有硬件屏上的仿真实验，都可以在管理机上操作。操作过程中的信号与硬件操作完全相同。

（十）保护回路

为了保证河北南网防窃电仿真系统实验中设备、人身安全，硬件屏上装有漏电保护、过流保护。当回路中出现过流或开关有漏电时，断路器跳开主回路，同时发信号。

三、结束语

防窃电仿真培训系统针对以往的窃电仿真系统主要实现了以下创新内容：

（一）针对电子式电能表进行窃电方式的模拟。

本系统针对电子式电能表（包括单相、三相电能表）的各种窃电方式进行模拟，还对一些专门针对电子式电能表所产生的“高科技”窃电手法予以“曝光”，使得本系统具有很强的现实意义。

（二）建立了一种集培训学习、理论验证、实操练习和考核鉴定于一体的技术平台——反窃电仿真实验室。

网络控制系统的时延仿真分析篇7

20世纪末,随着Internet技术、Web技术、网络安全技术、实时数据库等融入自动化系统,基于Internet的远程监控系统也开始进入工业领域[1]。这些变革为网络化控制系统(Networked Control System,NCS)的真正产生和发展奠定了基础。所谓的NCS就是指控制回路通过实时网络形成闭环的反馈控制系统,其特征是控制指令、传感器数据和系统信息的传输通过通信网络来实现。由于共享资源的需求,使得控制系统向扁平化、网络化和分布化的方向发展。与集中式控制相比,网络控制系统主要有[2]:成本低、安装维护简单、系统可靠性高、灵活性高、便于进行故障诊断、远程操作与控制、资源共享等优点。基于Matlab/Simulink的仿真工具箱TrueTime为NCS理论的仿真研究提供了简单可行、功能齐全的手段,摆脱了软件编程实现的网络通信协议和通信延时所带来的困难,支持控制与实时调度同时仿真,可以方便地仿真实时系统中的控制和资源调度问题。

1 TrueTime仿真平台

1.1 TrueTime功能

TrueTime是由瑞典Lund工学院Henriksson等开发的一个基于Matlab/Simulink的实时网络控制系统的仿真工具箱[3,4,5],可以方便地仿真控制任务的执行和网络传输。TrueTime仿真软件主要包括两个基本模块:内核模块(TrueTime Kernel)和网络模块(TrueTime Network),见图1。

1.2 内核模块

内核模块具有灵活的实时内核、A/D和D/A转换器端口、网络接口和外部通道。计算机模块按照用户定义的任务执行,代码采用Matlab或C++编写。中断句柄代表I/O任务、控制算法和网络接口。

实时内核包含有一定数量的数据结构用来记录任务组、就绪队列、时间队列等。在每个时钟周期内,内核让就绪队列中优先级最高的任务优先执行,执行任务是在虚拟的CPU里运行的。调度策略使用一个优先权函数来决定任务的属性。当前预定义的优先权调度策略有Rate-Monotonic(RM),Deadline-Monotonic(DM),Fixed-Priority(FP),Earliest-Deadline-First(EDF)调度。用户也可以自己写优先权函数来实现自己定义的任意的调度策略。在仿真程序运行时,内核执行用户编写的代码,即与不同的任务相关联的Matlab函数。代码函数返回执行时间的估计值,而任务只有等到这些时间在虚拟CPU里消耗完毕才能恢复到原来的状态。

每个任务在内核中都有一组基本的属性:任务名、代码段列表、任务周期、释放时间、相对时限及所需虚拟CPU的剩余时间。有些属性如任务的释放时间和剩余的执行时间由内核在每次仿真运行时进行更新。而其他一些属性如任务周期和相对时限为常量,除非用户代码显式地改变它们。

1.3 网络模块

网络模块给网络控制系统提供了通信资源,可以仿真局域网的媒介访问和包传输过程。它包含了多种网络参数,如网络节点数目、传输速率,媒体访问控制协议等参数。网络模块采用事件驱动方式,当有消息进出网络时,网络模块执行工作。消息包含发送和接收计算机节点的信息、用户数据(如测量信号或控制信号)、传送时间和可选的实时特性(如优先级或时限)。网络模块按选定方式工作,参数设定包括节点数目、传输速率、媒体访问控制协议和其他参数,其中媒体访问控制协议包括CSMA/CD,CSMA/AMP,TDMA,FDMA和Round Robin等方式。

2 时延特性

2.1 时延产生的原因

在NCS中,由于网络通讯方式、共享带宽以及网络负载变化不规则等因素的制约,当控制器节点和远地被控对象的传感器节点和执行器节点通过网络交换数据或控制信息时,往往出现数据多路径传输、多数据包传输、数据包时序错乱、数据包丢失、数据包重传、数据包碰撞、网络拥塞以及连接中断等现象。因此,节点间信息通信时,网络诱导时延[6]是不可避免的。

2.2 时延特性分析

由于受到网络所采用的通信协议、网络当时的负荷状况、网络的传输速率和信息包大小等诸多因素的影响,网络诱导时延将是恒定的、时变的、有界的或是随机、不确定的。表1列出了3种控制网络的访问控制方式和相应特性参数[7,8]决定的时延类型。

采用不同媒体访问控制方式和通信协议的控制网络,具有不同的服务性能。时延特性不同,NCS的分析与设计将采用不同方法。

2.3 时延对系统稳定性的影响

在网络化环境下,由于控制系统的前向通道和反馈通道都引入了控制网络环节,所以不可避免地会在控制回路中产生前向时延和反馈时延,如图2所示。

由于时延的存在,系统的前向通道和反馈通道就不能保证系统正常、稳定的工作。前向通道的时延相当于被控设备在这段时间内没有接收到任何的控制信息,而反馈通道的时延则相当于在这段时间内系统没有负反馈,所以就和开环系统一样,容易导致系统发散。而且,由于系统中有时延,控制信息不能实时地传递给被控设备,输出信息也不能实时地反馈给控制器,从而使整个系统的稳定性和过渡过程性能变差,信息传递的连续性遭到破坏,系统输出响应严重变形。网络的引入必然会造成网络传输时延的产生,而传输时延的不确定性是造成数据时序错乱和数据包丢失的主要因素。所以,在影响NCS性能的时延、丢包和节点的驱动方式等因素中,最主要的因素是网络诱导时延。另外,网络负载[9]是产生时延的直接原因。时延会降低系统的性能,使系统的稳定范围变窄,甚至使系统变得不稳定。时延是系统不稳定的主要因素,在NCS的分析与设计中,是不可忽略的重要因素。

3 仿真分析

下面利用TrueTime工具箱来搭建网络控制系统仿真平台,在此平台上对网络控制系统中存在的干扰和时延进行仿真研究。

3.1 仿真模型

该网络控制系统的仿真模型如图3所示,为了对系统进行研究、分析,网络控制系统中加入了干扰节点。其中,控制器、执行器、传感器和干扰节点各用一个内核模块代替。被控对象为一直流电机,其传递函数为:G(s)=1 000/(s2+s),采用PD控制器,参考输入为方波信号,传感器采样周期为h,比例增益为K,微分系数为N,Td。

控制器采用数字PD控制算法为:

$\begin{array}{l} Ρ (k) = Κ [r (k) - y (k)] \\ D (k) = a_{d} D (k - 1) + b_{d} [y (k - 1) - y] \\ u (k) = Ρ (k) + D (k) \end{array}$

其中,ad=Td/(N*h+Td),bd=N*K*Td/(N*h+Td)。

参考取值:h=0.010,N=100 000,Td=0.035,K=1.5。

在节点的初始化程序中,定义传感器为时间驱动,执行器和控制器均为事件驱动。在网络参数中选择CSMA/AMP(CAN),调度策略采用固定优先级(prioFP),规定干扰结点(Interference)产生的信息具有最高优先级别,传输速率为80 Kb/s。仿真系统可以通过Pro-processing delay(发送时延)与Post-processing delay(接收时延)进行传输时延的设定。

3.2 仿真结果

(1) 针对不同的干扰占用网络带宽率进行仿真研究。

给定信号周期为0.6 s,振幅为0.5 cm的方波,启动仿真,结果显示:逐渐增加干扰占用网络带宽率,输出曲线震荡逐渐增加,表明系统的稳定性越来越差。当干扰节点占网络带宽率分别为20%,50%,80%时的仿真结果如图4所示(r表示给定信号振幅幅值,单位:cm)。

仿真结果可以看出干扰节点对网络控制系统性能的影响,干扰节点占用网络带宽率的增加引起延时的增加,导致系统由稳定逐渐变为不稳定。

(2) 针对具有时延的NCS进行了仿真研究。

假设传感器到控制器的发送时延,控制器计算时间的时延,控制器到执行器的接收时延均为1 ms,即总的时间时延为3 ms,仿真中的参数取值均不变。图5为具有传输延时的系统仿真曲线。

(3) 针对具有时延和干扰的NCS进行仿真研究。

系统加入干扰节点占用网络带宽率为30%和延时为3 ms,仿真中的参数取值均不变,仿真曲线如图6所示。

从图5可以看出,输出信号超调较大,稳定性较差。随着时延逐渐增加,系统的稳定性也将逐渐降低,最终会变为不稳定。

从图6可知,输出曲线超调加剧,震荡加强,稳定性变差,性能降低。说明干扰和时延同时作用,使系统整体性能变差的更快。

4 结语

NCS将通信网络引入闭环控制系统中,也带来了时延等一系列新问题。本文介绍了在网络控制系统中加入的干扰节点引起一定的时延,加上系统本身的传输时延,导致系统的性能变差的更快;不考虑传输时延,单单就干扰节点的网络占有率的增加,导致系统的不稳定。因而要尽量减少干扰节点的影响,减少网络控制系统中存在的传输时延。利用TrueTime工具箱,可以对网络时延、网络参数对系统性能的影响、控制方法、网络调度等多方面进行综合仿真研究,从而使得网络控制系统的研究更加容易,但它并未引进TCP协议,及如何对多回路的控制系统,综合考虑网络性能指标,可调度约束及经济指标等进行综合的控制性能优化[10],还有待进一步研究。

摘要：介绍网络控制系统和基于Matlab/Simulink的仿真工具箱TrueTime,然后分析时延产生的原因、类型以及对系统稳定性的影响,最后以一个采用PD算法控制的单回路直流电机的仿真模型进行仿真。考虑干扰影响系统,仿真结果可以看出,传输时延和干扰同时存在网络控制系统中,使得系统性能变得更差,这表明干扰会产生一定的时延并且时延会降低系统的性能,使系统的稳定范围变小,甚至使系统不稳定。创新点:研究时延和干扰对系统控制性能的影响,并给出仿真曲线和仿真结论。

关键词：网络控制系统,TrueTime工具箱,时延,PD算法

参考文献

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[9]Li Lianfeng,Moyne J R,Tilburg D M.Performance Evalua-tion of Control Networks Ethernet,Controlnet and Devicenet[J].IEEE Control Systemd Magazine,2001,2(1):66-83.

AFDX网络仿真系统设计与研究篇8

随着高性能飞机的快速发展和空域环境的日益复杂,飞机对航空电子系统的要求越来越多,航空电子全双工交换式以太网(AFDX) 作为一种实时性、可靠性、确定性的全双工交换式网络[1], 已成为新型航空总线技术的首选。

基于AFDX网络的广泛应用, 在航空电子系统的产品研制、生产、交付验收、装机调试及使用维护的各个阶段,采用AFDX网络仿真系统对网络中的关键设备进行功能、性能检测,是航空电子系统通信正常、工作可靠的重要保证[2]。

本文是在协议分析、标准研究、需求理解、芯片研制及应用解决方案的基础上, 突破系列关键技术, 提出了一种AFDX网络仿真系统的设计方案, 详细说明了AFDX网络仿真系统的架构设计、组成部分及配套应用部分, 建立了配置、加载、监控、管理等完整的网络拓扑,形成系列的应用解决方案。下面将对AFDX网络仿真系统进行详细说明。

1 系统功能

AFDX地面仿真系统用于在地面环境下对AFDX网络进行仿真测试, 通过设计验证环境用例对AFDX系统传输特性进行分析。由AFDX仿真测试设备搭建的AFDX网络测试系统可以对AFDX网络相关产品进行测试,主要包括系统功能测试、系统可靠性测试以及系统性能测试。测试的方法及主要内容如表1 所示。

2 系统设计

AFDX仿真系统充分展示了AFDX网络系统的拓扑组成、网络配置、数据加载、网络管理及网络监控等核心功能, 是典型的AFDX系统模型, 下面将对网络系统的各部分功能进行详细介绍。

2 . 1 网络搭建

本文提出的AFDX网络仿真系统在对ARINC664 Part7 协议理解的基础上, 充分考虑AFDX网络的负载、性能、功能等技术指标,进行AFDX网络仿真系统的原型设计, 系统采用星型拓扑结构, 典型的AFDX网络仿真系统由2 台交换机、 4 个嵌入式端系统、2 个PC端系统、 1 个监控卡、 1 个TAP卡和1 个仿真测试卡组成,如图1 所示。

仿真系统的搭建操作步骤如下:(1)根据网络拓扑结构构建网络系统, 如图1 所示;(2) 通过AFDX网络配置工具规划整个网络配置, 形成各组成部分的配置表;(3)通过ARINC615A数据加卸载工具将配置表加载到网络的各个设备中,各设备按照配置表进行工作;(4) 通过网络管理工具对整个网络进行管理,实时监控网络运行状态;(5)可通过AFDX网络监控卡和AFDX数据分析仪对网络数据进行监控、分析、测试,完成整个网络的运行。

AFDX网络仿真系统应用中各个设备的主要特点及功能如表2 所示。

2 . 2 网络配置

AFDX网络是一种确定性网络, 要求端到端的时延是固定可测的,这就要求数据的传输路径在网络初始化时就已经固定[3]。在AFDX网络中, 使用配置表来描述AFDX网络中的确定性路径和信息。

ARINC664 标准没有给出端系统配置文件的具体内容, 但是给出了端系统各层接口的映射方式, 这样构成了消息每个帧中层对层对等通信的标识方式:UDP源端口+IP源地址+MAC目的地址(VL标识)+IP目的地址+UDP目的端口。这5 个标识部分称为一个 “五元组”,一个五元组标识了一条VL的寻址路径[3]。配置表在网络正常运行前需要加载或固化在各个终端系统或者交换机中,由各终端系统和交换机按照约定好的格式对配置表进行解析, 并按照解析出的配置对自身进行初始化配置、端口、虚拟链路设定,然后进入正常工作模式。

由于配置表文件操纵比较繁琐, 简单的人工配置方式通常费时费力, 而其格式相对固定, 故产生了专用于网络配置表生成的工具 ———AFDX网络配置工具。利用图形化界面的AFDX网络配置工具, 用户只需要填写简单的对话框, 即可生成符合特定格式的网络配置表。AFDX配置工具的功能模块如图2 所示。

2 . 3 网络加载

网络初始化时, 需要通过数据加载器将AFDX网络配置工具生成的配置表文件分发到各终端。在网络运行时, 需要将各终端的数据下载下来进行分析, 对各终端的软件进行数据加载和数据卸载操作, 以实现定时维护和更新, 因此数据加卸载是AFDX网络必须完成的功能。

为了对航空电子系统中的数据加载和卸载细节进行描述以统一接口, 使各个厂商都可以生产出兼容的设备, 产生了专门针对航空系统的用于规定数据加卸载规范的ARINC615A协议[4,5]。 ARINC615A采用以太网中的TFTP协议作为数据进行传输时的协议, 并规定了数据加载和卸载时的通信协议文件和可加载数据的包格式。

如图3 所示, 本设计方案中采用的AFDX数据加载器是一款兼容ARINC614A协议的数据加载设备, 在Windows平台基于AFDX网络与以太网总线实现ARINC615A - 2 与ARINC665 - 3 协议, 实现图形用户界面进行配置管理与功能调用。数据加载主要实现5 种操作:Find操作、信息操作、上传操作、操作者定义下载和介质定义下载操作。

2 . 4 网络监控

网络监控是通过监控设备对AFDX网络仿真系统进行实时数据监控,网络数据的监控对于地面试验和机上排故非常重要,传统的数据捕获方法是使用数据分路器TAP将某条链路上数据捕获到监控设备上, 这种检测方法获得的数据能真实地反映链路上的数据传输情况,同时不影响被监控的终端与其他终端。另AFDX网络交换机包含捕获端口,网络中的所有数据都要经由交换机进行路由转发,可同过捕获口捕获交换机端口的输入或者输出数据[6,7]。

本设计方案采用的网络监控器包括AFDX数据分析仪(TAP卡) 和监控卡,AFDX数据分析仪可以对AFDX网络仿真系统进行实时数据监控,为用户提供直观的界面, 以方便有效地观测网络中的所有数据, 并对数据进行统计和分析。由于AFDX网络数据链路多, 而数据分析仪中的TAP数量有限, 因此, 只能检测有限的数据链路。监控卡作为数据监控设备,在不影响网络数据正常转发的前提下, 可连接交换机的捕获口, 存储交换机的捕获数据,方便进行分析研究。

2 . 5 网络管理

在AFDX网络仿真系统中的网络管理指的是监测、控制交换机和端系统的使用情况, 以便有效地运行网络。 SNMP网络管理包括管理端、代理端以及管理端和代理端维护的管理信息库(MIB)[8]。

如AFDX网络仿真系统应用图1 所示,SNMP网络管理器运行管理端进程,而被管理对象为4 个航空子系统以及两台交换机中运行的代理端进程。 SNMP网络管理器通过SNMP协议规定的6 种操作随时或者设定周期来监控航空子系统和交换机。

所有向被管理设备发送的请求命令都是从管理端发出的,代理端接收到此命令后会解码出相应的被查询对象的OID值, 访问相关的MIB信息库, 最后组包向管理端返回get响应消息。如果被管理对象发生了严重的故障后也可以主动向管理端发送Trap报警信息, 便于及时排除故障。同时,管理端还可以利用set请求对某些MIB节点参数设置门限值, 如复位交换机或者端系统、改变交换端口的帧转发速率等。

3 系统验证

AFDX网络仿真系统已通过功能、性能测试、协议符合性测试、系统应用验证, 验证结果表明该系统能够满足地面仿真测试的功能要求, 数据监控、分析界面如图4 所示。

4 总结

结合不同型号、不同应用系统及地面测试设备等对AFDX网络研制的技术需求, 本文提出了一种AFDX网络仿真系统的设计方案,介绍了AFDX网络仿真系统的功能,详细说明了网络仿真系统的拓扑结构以及网络的配置、加载、监控、管理等系统组成。

本文所提出的AFDX网络仿真系统应用设计方案已经成功运用在实际工程中,功能、性能稳定可靠,具有自主知识产权,实现了我国大飞机AFDX网络技术的自主保障、自主发展, 为形成从协议标准、产品开发、系统设计到系统综合验证等完整的AFDX网络总线技术体系和产品体系打下了坚实的基础。

摘要：AFDX协议以及航空总线布局的复杂性使得建立一套完整的地面仿真测试系统尤为重要,良好的网络仿真系统可对网络的关键部件进行物理仿真、地面测试,大大缩短了网络的建设周期,降低了系统的维护成本。介绍了一种AFDX网络仿真系统的设计方案,建立了以端系统、交换机为核心,以仿真、监控、加载、管理系列AFDX网络设备为辅助的AFDX网络仿真测试系统,并详细说明了各个组成部分,用户可通过本平台对AFDX网络通信机制、原理以及应用进行评估和理解,运用仿真监控功能透彻理解AFDX网络设备的数据流、运行方式和工作原理,方便进行问题定位及故障排除。

关键词：AFDX,仿真测试,仿真系统,端系统,交换机

参考文献

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[2]王锦,张奕楠,熊华钢.AFDX的分布式仿真[J].电光与控制,2008,15(8):76-80.

[3]赵永库,唐来胜.AFDX网络应用关键技术分析与研究[J].测控技术,2013,32(4):86-89.

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[5]刘智武,陈长胜,王红春.基于AFDX的跨总线ARINC615协议软件设计及实现[J].电子技术,2012,6(25):39-41.

[6]王治,田泽.一种高性能AFDX监控卡的实现技术研究[J].计算机技术与发展,2010,20(8):217-220.

[7]何向栋,赵琳,许晶.一种PCI接口的AFDX网络监控卡设计与实现[J].电子技术,2013,7(15):46-48.

自动控制系统仿真篇9

本论文通过阐述如何判断自动控制系统品质优劣的问题入手, 研究了判断稳定性如今最前沿的方法, 利用软件编程的策略, 这样可以通过仿真的方法准确判断任一闭环控制系统是否稳定, 是将理论结合实际工作的典范。

一、设计内容及意义

系统特征方程如下, 试用劳思判据和霍尔维茨判据判断系统稳定性.s^5+3s^4+10s^3+24s^2+32s+48=0

自动控制系统的共同基本要求可以归结为稳、准、快三点。稳定是控制系统的重要性能, 也是系统能够正常运行的首要条件。一个稳定的控制系统, 其被控量偏离期望值的初始偏差经过一个过渡过程时间应逐渐减小并趋于零。而不稳定的系统无法实现预定的控制任务。因此, 稳定性判断对自动控制系统是非常紧要的, 而自动控制理论的基本任务之一就是如何分析系统的稳定性并提出保证系统稳定的措施。根据题目要求, 运用控制原理相关知识, 分析所给系统的稳定性, 并结合控制系统仿真和matlab知识, 编写出计算机实现程序, 判断稳定性。

二、稳定性分析

平衡状态稳定性概念是由俄国学者李雅普诺夫1892年首先提出, 根据该稳定性理论, 线性系统稳定性定义为:

线性控制系统在初始扰动影响下, 其动态过程随时间推移逐渐衰减并趋于零 (或原平衡工作点) , 系统最后可以达到平衡状态, 则称该系统渐进稳定, 简称稳定;若在初始扰动影响下, 其动态过程随时间推移而发散, 系统被控量失控, 则称系统不稳定;若在初始扰动影响下, 其动态过程随时间的推移虽不能回到原平衡点, 但能够保持在原工作点附近的某一有限区域内运动, 表现为等幅振荡形式则称系统临界稳定。

线性系统的稳定性取决于系统自身的结构和参数, 与外界因素条件无关。线性系统稳定的充分必要条件是:闭环系统特征方程的所有根全部都具有负实部;或者说, 闭环传递函数的极点全部都严格位于左半s平面。

根据稳定的充分必要条件判别系统的稳定性, 必然要求准确求出系统的全部特征根。对于高阶系统来说, 求根的工作量十分庞大, 那么就希望使用一种间接判断系统特征根是否全部严格位于s左半平面的代替简便方法。

三、算法及对象选定

3.1劳斯判据

将各项系数, 按下面的格式排成劳斯表

这样可求得n+1行系数

劳斯稳定判据是根据所列劳斯表第一列系数符号的变化, 去判别特征方程式根在S平面上的具体分布, 过程如下:

(1) 如果劳斯表中第一列的系数均为正值, 则其特征方程式的根都在S的左半平面, 相应的系统是稳定的。

(2) 如果劳斯表中第一列系数的符号有变化, 其变化的次数等于该特征方程式的根在S的右半平面上的个数, 也代表方程的正实根个数, 相应的系统为不稳定。

(3) 如果劳斯表中某一列出现全零行时, 需要用上一行的系数构造一个辅助方程F (s) =0, 并将辅助方程对变量s求导, 用所得导数方程的系数取代全零行的元, 便可按劳斯稳定判据的要求继续运算下去, 直到得出完整的劳斯计算表。

(4) 如果劳斯表中某一行的第一列为零, 而其余各项不为零, 或不全为零时, 以一个很小的正数来代替为零的这项, 据此算出其余的各项, 完成劳斯表的排列。

经过手算, 对于特征方程s^5+3s^4+10s^3+24s^2+32s+48=0

根据劳斯判据, 此系统是临界稳定的。

3.2霍尔维茨判据

系统特征方程s^5+3s^4+10s^3+24s^2+32s+48=0

系统稳定的充要条件:

特征方程的全部系数都为正, 且主行列式及对角线上的子行列式都大于零。

3.3用求特征方程根的方法, 判断实部是否小于零来判断稳定性, 存在实部大于零的根, 则系统不稳定。

3.4也可构成单位负反馈系统, 绘制开环幅相曲线, 利用奈奎斯特判据来判断系统的稳定性。

四、仿真算法选取与性能分析

根据题目要求, 利用劳斯判据和霍而维茨判据判断所给系统的稳定性, 这两种算法直接并且实现较为简单。

构造系统的routh表

格式:[rtab, info]=routh (den)

说明:其中den是系统的分母多项式向量, rtab是构造的routh表矩阵, info为字符串型变量, 返回有关信息。系统不稳定极点的数目等于所产生的routh表中第一列元素的符号变化次数。

构造Hurwitz矩阵。

格式:[H, Hz_det]=hurwitz (den)

说明:H为构造的Hurwitz矩阵, Hz_det为各阶主子式的行列式值, den为系统的分母多项式D (S) 。

H矩阵

经过分析计算, 仿真编程序实现, 知道这个系统是临界稳定的, 劳斯表中第四行的第一列为零, 而其余各项不为零, 或不全为零时, 以一个很小的正数来代替为零的这项, 据此算出其余的各项, 完成劳斯表的排列。而运用霍尔维茨判据, 得到行列式为零, 也可以判断系统是临界稳定的。

五、结论

经过程序运行与调试, 判断出系统是临界稳定的, 系统性能并不理想, 若在初始扰动影响下, 其动态过程随时间的推移虽不能回到原平衡点, 但可以保持在原工作点附近的某一有限区域内运动, 则称系统临界稳定, 在外加一定扰动下, 会偏离平衡状态而变为不稳定系统, 对控制性能带来不利影响, 是我们应该避免的状态, 在实际控制系统中应该使系统阶跃相应为衰减振荡的, 才能满足一般自动系统的最基本要求, 稳定性。

我们设计的这个程序针对不同的情况, 可以判断出系统是稳定的, 不稳定或者是临界稳定的, 适应性很强, 而不是简单的只是判断是稳定还是不稳定, 这也是它的优越性所在。

参考文献

[1]胡寿松.自动控制原理第四版.科学出版社, 2005-01-01

机载雷达对抗系统仿真篇10

1 仿真内容及模型

1.1 仿真内容

仿真内容包括以下两个方面:

(1)机载雷达系统仿真。仿真机载雷达主要功能,能够完成杂波背景下对低空高速目标的检测。雷达系统仿真的模式总体上分为空中探测模式和地面目标探测模式。

1)空中探测模式。

Range while Search (RWS)(边搜索边测距);

Track While Scan (TWS)(边跟踪边扫描);

Velocity Search (VS)(速度搜索);

Air Combat Manoeuvring (ACM)(空中格斗);

Situation Awareness Mode (SAM)(态势感知);

Single Target Track (STT)(单目标跟踪)。

2)地面目标探测模式包括。

Ground Mapping (GM)(地面测绘);

Ground Moving Target (GMT)(地面动目标)[1]。

(2)弹载有源干扰仿真。仿真单个弹载有源干扰机对机载雷达的干扰,包括压制性干扰和欺骗性干扰;压制干扰主要是多假目标压制干扰,欺骗干扰主要是距离欺骗干扰和速度欺骗干扰及距离速度同步欺骗干扰。主要包括随机距离假目标、随机速度假目标、随机距离速度假目标、距离假目标、速度假目标、距离速度联合假目标、距离拖引、速度拖引和距离速度联合拖引。

1.2 雷达系统模型

总体机载雷达仿真模型较为复杂,但可以建立一个基本的、可扩充的模型。现针对一个雷达的回波处理过程如图1所示。

1.2.1 回波信号建模

回波信号建模包括载机和目标信息的读取和回波信号的生成。仿真载机和目标的信息采用读取相应文档得到。首先通过读取文档得到载机和目标的基本位姿信息,根据当前仿真总体时间对载机个目标的航迹进行线性插值,得到较精确的位姿信息,然后计算得到载机和目标之间的相对距离、速度、方位和俯仰等信息。

雷达发射脉冲主要是线性调频,设雷达发射信号为

s(t)=Arect $(\frac{t}{τ}) \exp (2 π (f_{0} t + \frac{Κ t^{2}}{2}))$ (1)

式中,A为幅度;τ为脉冲宽度;f0为载频;K=B/τ为频率变化率;B为带宽;rect $(\frac{t}{τ})$ 为矩形函数,其表达式为

rect

$(\frac{t}{τ}) = {\begin{cases} 1, 0 \leq \frac{t}{τ} \leq 1 \\ 0, 其他 \end{cases}$

(2)

对于机载脉冲多普勒雷达,接收到的目标回波信号可以写为

s(t)=Arect $(\frac{t - t_{d}}{τ}) \exp (2 π f_{0} (t - t_{d}) + π Κ (t - t_{d})^{2})$ (3)

式中,td为延迟时间, $t_{d} = \frac{2 R (t)}{C} = \frac{2 (R_{0} - V_{r} t)}{C}$ ;R0为目标与雷达的初始距离;Vr为目标与雷达的径向速度,接近时为正;C为光速。那么回波信号与发射信号相位相差 $φ = - 2 π \frac{2}{λ} (R_{0} - V_{r} t) - 2 π Κ t_{d} + π t_{d}^{2}, φ$ 引起的频率差为 $f_{d} = \frac{1}{2 π} \cdot \frac{d φ}{d t}, f_{d}$ 为多普勒频移。

零中频正交双通道同相输出信号为

I(t)=Arect $(\frac{t - t_{d}}{τ}) \cos (2 π f_{d} t + π Κ t^{'}^{2})$ (4)

正交输出信号为

Q(t)=Arect $(\frac{t - t_{d}}{τ}) \sin (2 π f_{d} t + π Κ t^{'}^{2})$ (5)

其中,每个脉冲开始时t′=0。

1.2.2 信号处理及检测

得到的信号包含了噪声,对地模式还包含杂波等,这些对于信号检测不利,所以需要进行一系列的信号处理。

首先进行的是脉冲压缩。脉冲压缩就是在发射的宽脉冲内采用附加的频率或相位调制,以增加信号的时宽带宽积,这样,就将宽脉冲压缩到1/B宽度,从而可以在不损失雷达威力的前提下提高雷达的距离分辨力。脉冲压缩有两种方式,分别为时域相关法和频域法。两种方式本质上是一致的。在脉压D=Bτ比较大时,频域法的运算量远小于时域相关法[2],针对本系统,仿真采用频域FFT法[2]。

杂波对消是根据杂波的特性,去除杂波。进行杂波对消时采用将2倍的杂波数组的实部与虚部,分别和与其前后相邻的数组的实部与虚部之和进行相减。

1.2.3 数据处理

当检测到导弹目标后,经过确认转入跟踪,获取精确的弹头距离及角度信息。角度信息由和差支路获取。距离信息可采用数字内插法从波门面积中心获取。

可利用雷达目标的径向速度、位置等弹道信息、信号特征等,减少数据关联的模糊性,提高跟踪性能;加速初始化进程,提高目标参数的估计精度,减少点迹—航迹关联的模糊。

数据处理过程为:首先根据第一次的目标信息,按最大的速度进行预测此目标的下一个落足点,根据最大加速度预测误差量,形成一个误差圆环。第二次目标来临时,假定有目标落入此环内的话,那么关联成功,可以形成暂存航迹,根据两个点得到目标速度,再预测下一个点的落足点,假如下一次有点落入预测环内,就可以形成稳定航迹。若没有,发送确认报告,再次确认是否有目标,无则发送失踪报告,确认航迹终止[3]。

1.3 干扰模型

如上所述,仿真主要仿真欺骗干扰。总地来说干扰分为距离干扰和速度干扰。都是针对干扰机接收到的信号进行处理后再发射给载机雷达,从而达到干扰的目的。

1.3.1 距离干扰距离欺骗干扰

Rf≠R,αf≈α,βf≈β,fdf≈fd,Sf>S (6)

其中,Rf,αf,βf,fdf,Sf分别为假目标Tf在V中的距离、方位、仰角、多普勒频率和功率。距离欺骗干扰是指假目标的距离不同于真目标,能量往往强于真目标,而其余参数近似等于真目标。

对脉冲雷达距离信息的欺骗主要通过对收到的雷达照射信号进行时延调制和放大转发来实现,主要采用假目标干扰和距离波门拖引干扰[4]。

设Rf为假目标的所在距离,则雷达接收机内干扰脉冲包络相对于雷达定时脉冲的时延为tf=2Rf/C,当其满足 $| R_{f} - R | ＞ δ R$ 时,便形成距离假目标。

假目标的迟延时间tf=tf0+Δtf,tf0=2Rj/C。tf0是由雷达与干扰机之间距离Rj所引起的电波传播时延;Δtf则是干扰机收到雷达信号后的转发时延。一般情况下Rj是未知的,所以tf0是未知的,主要控制Δtf。

假目标的迟延时间是tf=tf0+Δtf,

$Δ t_{f} (t) = {\begin{cases} 0, 0 \leq t ＜ t_{1}, 停拖期 \\ 2 v (t - t_{1}) / c 或 2 a (t - t_{1})^{2} / c, t_{1} \leq t ＜ t_{2}, 拖引期 \\ 干扰关闭, t_{2} \leq t ＜ Τ_{j}, 关闭期 \end{cases}$

(7)

式中,v为匀速拖引时的速度;a为匀加速拖引时的加速度。

1.3.2 速度干扰

满足对速度欺骗干扰参数的要求是

fdf≠fd,Rf≈R,αf≈α,βf≈β,Sf>S (8)

其中,fdf,Rf,αf,βf,Sf分别为假目标Tf在v中的多普勒频率、距离、方位、仰角和功率。速度欺骗干扰是指假目标的多普勒频率不同于真目标,能量强于真目标,而其余参数近似等于真目标。

速度波门拖引干扰的基本原理是:首先转发与目标回波具有相同多普勒频率fd的干扰信号[4]。然后使干扰信号的多普勒频率fdj逐渐与目标回波的多普勒频率fd分离,fdj的变化过程

$f_{d_{j}} (t) = {\begin{cases} f_{d}, 0 \leq t ＜ t_{1} \\ f_{d} + v_{f} (t - t_{1}), t_{1} \leq t ＜ t_{2} \\ 干扰关闭, t_{2} \leq t ＜ Τ_{j} \end{cases}$

(9)

其中,vf是拖引的分离速度;并且它不能大于雷达可跟踪目标的最大加速度vf≤2a/λ;a是雷达可跟踪目标的最大加速度;vf的正负取决于拖引的方向。

当0≤t<t1时,干扰信号多普勒频率是信号的多普勒频率。

当t1≤t<t2时,干扰信号多普勒频率是式(9)所示。

当t2≤t<Tj时,干扰机将会关闭。雷达跟踪的信号将会消失,且消失时间大于速度跟踪电路的等待时间和AGC电路的恢复时间,速度跟踪电路将重新转入搜索状态。

由于干扰能量大于目标回波能量,将使雷达的速度跟踪电路跟踪在干扰的多普勒频率上,造成速度欺骗,此时间长度按照最大频差δfmax计算。

t2-t1=δfmax/vf (10)

2 仿真流程

系统采用单机仿真。首先设置雷达参数、载机及目标航迹、干扰、导弹RCS、雷达天线图、杂波等参数,然后开始仿真。具体的仿真流程图如图4所示。

3 计算机仿真

雷达的主要指标有:工作频率:9.7～9.9 GHz;作用距离:150 km;扫描范围:方位±60°,仰角±60°;方位扫描:10°,25°,30°,60°;重复频率:HPRF,MPRF,LPRF;脉冲宽度:0.81～4 μs;波束宽度:笔形波束,方位3°,仰角4°;峰值功率:21.5 kW;处理机:信息存储100万个数据,处理速度14万次/s,可编程处理机3 400万次/s,波束锐化:DBS1 8:1,DBS2 64:1。干扰机参数:干扰机峰值功率:200 W;干扰机天线增益:10 dB;水平、垂直波束宽度:60°,瞬时带宽2～5 BW。

图5为仿真程序的主界面。

P显中会显示比较直观的目标信息,A显显示相对应的处理后的目标回波信息。A显上面的信息栏显示当前探测到的目标的所有信息。无目标则信息全部显示零。

若所选模式需要进行数据处理,则点击“视图”可以显示目标的暂存航迹和稳定航迹。

4 结束语

进行了F16机载雷达对抗系统的仿真。整个模型分为雷达系统模型和干扰模型。雷达系统模型研究了回波信号的产生、信号的检测方法以及对已经检测到的目标如何进行航迹处理。干扰模型研究了距离干扰和速度干扰。最后给出了仿真流程并进行了仿真。试验表明,系统可以很好地为机载雷达对抗系统提供方案论证和性能评估。

参考文献

[1]STEPHEN H.F4_AN-APG-68-v5Operations[M].Guide,Newyork:Chapman Hall CRC,2001.

[2]贺知明,黄巍,向敬成.数字脉压时域与频域处理方法的对比研究[J].电子科技大学学报,2002(4):120-124.

[3]徐玉芬.现代雷达信号处理的数字脉冲压缩方法[J].现代雷达,2007(7):61-64.

[4]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1999.

[5]丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.

网络性能测试仿真方法研究篇11

摘要：网络测试有利于提高网络的运行效率和安全性，要对网络性能进行定量的研究，必须指定适当的性能标准。信息流平台要描述这样的应用系统，就必须能够确切、完整地描述它的网络环境和网络信息流，信息流生成工具能够自动生成应用系统的网络信息流，并使信息流在网络上流动起来。

关键词：网络测试；信息流；仿真软件平台

1引言

网络测试是进行网络管理的有效辅助手段，有利于提高网络的运行效率和安全性。网络测试与网络协议的分层有关，网络协议的分层监护了网络协议内部与外部的关系，也为网络测试提供了方便。

TCP/IP模型不包括其基础的硬件，分为4层：链路接口层、网络层、传输层和应用层，而应用层传递的数据依赖于应用层对网络的使用方式。应用层测试分为功能测试和性能测试，本文重点就是应用层的性能测试方法研究。

2通信网络性能分析

要对网络性能进行定量的研究，必须指定适当的性能标准。对于管理者和用户来说，评价信息网络性能好坏的技术指标包括网络吞吐量、信道容量、链路利用率、节点利用率、系统的平均响应时间、包延迟时间、丢包率和可靠性等。对于特定的网络来说，各项性能指标都折衷的方案并不一定能为用户提供最好的服务。因此在网络性能研究中，是否选取了合理的性能指标参数，是评价与实际相符的一个关键因素。本文模拟的网络信息流是基于系统的应用层。

3设计概述

3．1设计理论

网络系统的计算机仿真是利用计算机对所研究的系统结构、系统功能和系统行为进行动态模仿，即通过计算机程序的运行来模拟网络的动态工作过程。在与真实系统相同或相似的物理设备上，模拟与真实系统相同的网络信息流，并使信息流在网络上流动，再配合专用的设备，监控和测试网络的性能以达到评估网络设计的目的。这样简化的应用系统完全可以体现真实应用系统的网络特性，它是由一个与真实系统相同的网络结构和简化了的信息流组成的应用系统。信息流平台要描述这样的应用系统，就必须能够确切、完整地描述它的网络环境和网络信息流，做到这一点的前提是：找出网络构成和网络信息流的特征要素，把他们抽象化、规范化，最终设计相应的数据结构保存。仿真运行时，读取这些数据，做运行参数的设置，即可以使信息流在网络上流动起来。这就是信息流模型的概念。使用“通用软件生成法”进行信息流仿真，就必须具有一个科学的信息流模型。

3．2网络信息流仿真软件生成工具

信息流生成工具是一个基于以太网的专门用于应用系统网络级信息流的仿真软件平台，配合半物理环境使用的工具。能够自动生成应用系统的网络信息流，并使信息流在网络上流动起来，具有专用的测试接口和强大的数据分析系统，能够监视网络传输技术，并能进行各种有效的分析，给出量化的结果，如图1所示。无论应用系统有几个节点都运行本程序，由本程序读取数据库中用户设计的参数，生成本节点特有的信息流，完成仿真目的。

数据存储服务器：保存模型数据和仿真结果数据；设计模拟数据，将其存放入数据存储服务器中。

Linux用户仿真终端：模拟Linux类型操作系统的用户节点的网络信息流；与数据服务器建立接口，在用户终端有效读取数据库内容，从数据库中读入所有与本节点有关的报文，加以分析，做相应的初始化设定，完成本节点信息流的网上流动。

监测系统：监测网络信息流，形成统计数据。

3．3测试系统实现技术

测试系统采用Client/Server结构。网络通讯的发起方为Client，接受方为Server。接受方在测试系统启动后常驻内存，监视网上变化，一旦发现有报文到达，即进行处理，需要时返回结果。发起方在需要通信时向网络中的指定端口发送报文并接收处理结果。

该工具对系统中各方位的软件运行情况及网络状态、网络流量、网络延迟情况进行测试，并完成局域网报文的发送与接收的监测和模拟。其具体功能有：

报文监测：监测网络中传递的应用层报文，显示检测结果。

统计：统计计算在指定时间内的网络流量、网络吞吐量和网络利用率。

报文接收：接收网络上发送的报文，进行一定的数据分析，存盘处理。

网络延迟测试：向指定地址发送测试报文，并接收应答，计算其时间并显示。

4结束语

信息流生成工具完成后，将形成一个独立平台，能够支持具有各种真实应用背景的网络系统、综合电子信息系统和其他使用网络的应用系统进行网络仿真，并在该平台上测试得出网络传输的定量数据。

校园仿真系统的设计篇12

1 虚拟仿真技术在国际及国内运用

产业和经济的制高点之一。为了加速城市的发展, 提高管理水平, 需要借助于现代化的科学手段进行城市体系规划与管理。据目前对我国大部分城市的摸底调查, 除少数大、中城市已建立了城市管理信息系统外, 而绝大部分地区的空间信息管理手段仍然沿用比较落后的手工操作方式, 即便是用一些地理信息系统 (GIS) 管理着空间数据, 但仍停留在简单的二维数据管理、显示的基本功能, 分散地、相对独立地和非标准地管理模式, 很难进行地域管理的三维综合研究和空间分析, 使各级领导部门不可能及时地得到对空间的清晰、直观的认识。

另外, 城市规划设计的主要研究对象是城市的体形结构与各个要素, 在设计过程中需要进行大量的空间形象思维。同时, 在设计中又应以城市的使用者的感觉为核心, 分析城市设计各空间要素之间的关系。传统的城市模型只能获得城市的鸟瞰形象;效果图只能提供静态局部的视觉体验;动画不具备实时的交互性, 人是被动的, 并且制作周期长。这些传统技术只能实现简单、固定的演示功能, 尚不能很好地满足当前城市设计的需要。另外, 随着空间范围的扩大, 传统的方法也无法胜任空间数据的管理和维护。

同样, 在城市中存在大型的港口、工厂、地下管网、人防设施等部门, 它们具有地形起伏较大、管网密集、需要精确定位等特点, 用传统二维的表示方法很难加以描述和信息管理。虚拟环境是由计算机生成的, 通过视、听、触觉等作用于用户, 使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。从二维地图、沙盘、动画, 到虚拟视景仿真是一个合乎人们认识深化和技术发展趋势的必然结果。

2 虚拟城市与仿真技术发展

美国目前已经有50个城市计划建立了“数字虚拟城市”。我国北京、上海、香港、台北、深圳、广州、南海、厦门市等也正在积极筹建之中。普遍认为, 3D-GIS、空间视景数据库的建立是建立数字虚拟城市首先要解决的问题。国际上已经专门成立了类似组织, 主要为城市服务。如德国的Rostock、Stuttgart等研究机构, 对一些城市进行了研究, 建立了原型系统。三维虚拟仿真技术最早主要应用在军事领域, 从国内近几年来的发展情况, 三维虚拟仿真技术在国内外快速发展, 目前国内已有多家公司开发出城市仿真应用平台。

3 国外城市与仿真技术主要实例

美国加利福尼亚大学洛杉矶分校 (UCLA) 始于1994年的一个科研与运用相结合的项目, 计划覆盖面积超过10, 000平方英里, 是当今城市仿真系统中最成功最为复杂的系统。视景包括从洛杉矶盆地的卫星影像到街道景观, 精确到植物、建筑物的窗口、外墙的纹理等。其中洛杉矶大学医院的仿真详细到可以对建筑内部的每一个层面进行漫游, 用鼠标点击墙面或天花板就能得到平面设计图及相应的属性数据, 实现了在仿真中对GIS、CAD及对象属性的实时查询。该系统作为城市规划和建设的重要手段, 在加州Pico Union区地震破坏的重建中得到应用。设计人员通过仿真模型和地理信息数据来确定毁坏的建筑物数量以及需要改造的街道、绿地、房屋等, 对重建城区进行规划设计, 再将新数据存入该系统, 实现了信息系统的良性循环。

4 校园三维仿真虚拟系统, 可实现以下功能

⑴直观的了解校园。⑵方便学生:大学内, 教学楼、宿舍楼、食堂及实验楼等公共设施众多, 有了三维虚拟校园, 使新生在入学前就可以全面的了解校园的布局, 交互式的查询, 可以了解校园的所有信息, 为尽快的适应学习生活提供方便。⑶有利于招生:网络宣传现已成为非常有效的手段, 率先建立三维虚拟校园, 有助于提高学院的形象, 对大学的全国范围招生有极大的帮助。丰富的应用接口功能:校园信息搜索引擎:在网上校园中建立一个本地搜索引擎供用户浏览查找信息是非常有效的。譬如当我们搜索图书馆的主题时, 在搜索结果列表里面, 我们可以访问图书馆的具体位置、实景, 以及图书的借阅情况、开放时间等;优化领导管理:三维虚拟校园的直观特性, 可以优化领导管理, 对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。

5 虚拟城市应用展示

拟现实实时浏览平台可以对虚拟场景实现交互式的全方位漫游, 三维数字景象和模型将复杂的数据进行可视化处理和显示, 为客户带来的大视景, 高沉浸感的高端解决方案, 给用户一个身临其境的感觉, 在城市 (社区) 规划、虚拟建造、装饰装修等方面具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助设计.机械工业出版社, 2005.

[2]张晓华.控制系统数字仿真与CAD.机械工业出版社, 2006.

【网络系统仿真】推荐阅读：

控制仿真系统10-15

仿真系统研究05-09