系统仿真

系统仿真（通用8篇）

篇1：系统仿真

动态系统建模仿真

实验报告（2）

四旋翼飞行器仿真

2012

1实验内容

基于Simulink建立四旋翼飞行器的悬停控制回路，实现飞行器的悬停控制；

建立UI界面，能够输入参数并绘制运动轨迹；

基于VR

Toolbox建立3D动画场景，能够模拟飞行器的运动轨迹。

2实验目的通过在Matlab

环境中对四旋翼飞行器进行系统建模，使掌握以下内容：

四旋翼飞行器的建模和控制方法

在Matlab下快速建立虚拟可视化环境的方法。

3实验器材

硬件：PC机。

工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。

4实验原理

4.1四旋翼飞行器

四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行，原理与直升机类似。

四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前，后，左，右四端，如图

所示。旋翼由电机控制；整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。

图1四旋翼飞行器旋转方向示意图

在图

中，前端旋翼

和后端旋翼

逆时针旋转，而左端旋翼

和右端的旋翼

顺时针旋转，以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。

由此可知，悬停时，四只旋翼的转速应该相等，以相互抵消反扭力矩；同时等量地增大或减小四只旋翼的转速，会引起上升或下降运动；增大某一只旋翼的转速，同时等量地减小同组另一只旋翼的转速，则产生俯仰、横滚运动；增大某一组旋翼的转速，同时等量减小另一组旋翼的转速，将产生偏航运动。

4.2建模分析

四旋翼飞行器受力分析,如图

所示

图2四旋翼飞行器受力分析示意图

旋翼机体所受外力和力矩为：

重力mg,机体受到重力沿方向；

四个旋翼旋转所产生的升力

(i=

1,2,3,4)，旋翼升力沿方向；

旋翼旋转会产生扭转力矩

(i=

1,2,3,4)。垂直于叶片的旋翼平面，与旋转矢量相反。

力模型为：，旋翼通过螺旋桨产生升力。是电机转动力系数，可取，为电机转速。旋翼旋转产生旋转力矩Mi(i=1,2,3,4)，力矩Mi的旋向依据右手定则确定。力矩模型为，其中是电机转动力系数，可取为电机转速。当给定期望转速后，电机的实际转速需要经过一段时间才能达到。实际转速与期望转速之间的关系为一阶延迟：响应延迟时间可取0.05s(即)。期望转速则需要限制在电机的最小转速和最大转速之间，范围可分取[1200rpm，7800rpm]。

飞行器受到外界力和力矩的作用，形成线运动和角运动。线运动由合外力引起，符合牛顿第二定律：

r为飞机的位置矢量。

角运动由合力矩引起。四旋翼飞行器所受力矩来源于两个方面：1）旋翼升力作用于质心产生的力矩；2）旋翼旋转产生的扭转力矩。角运动方程如下式所示。其中，L

为旋翼中心建立飞行器质心的距离，I

为惯量矩阵。

4.3控制回路设计

控制回路包括内外两层。外回路由Position

Control

模块实现。输入为位置误差，输出为期望的滚转、俯仰和偏航角。内回路由Attitude

Control

模块实现，输入为期望姿态角，输出为期望转速。Motor

Dynamics

模块模拟电机特性，输入为期望转速，输出为力和力矩。Rigid

Body

Dynamics

是被控对象，模拟四旋翼飞行器的运动特性。

图3包含内外两个控制回路的控制结构

（1）内回路：姿态控制回路

对四旋翼飞行器，我们唯一可用的控制手段就是四个旋翼的转速。因此，这里首先对转速产生的作用进行分析。假设我们希望旋翼1的转速达到，那么它的效果可分解成以下几个分量：

：使飞行器保持悬停的转速分量；

：除悬停所需之外，产生沿ZB轴的净力；

：使飞行器负向偏转的转速分量；

：使飞行器正向偏航的转速分量；

因此，可以将期望转速写成几个分量的线性组合：

其它几个旋翼也可进行类似分析，最终得到：

在悬浮状态下，四个旋翼共同的升力应抵消重力，因此：

此时，可以把旋翼角速度分成几个部分分别控制，通过“比例-微分”控制律建立如下公式：

综合以上三式可得到期望姿态角-期望转速之间的关系，即内回路。

外回路：位置控制回路

外回路采用以下控制方式：通过位置偏差计算控制信号（加速度）；建立控制信号与姿态角之间的几何关系；得到期望姿态角，作为内回路的输入。期望位置记为。可通过PID

控制器计算控制信号：

是目标悬停位置是我们的目标悬停位置(i=1,2,3)，是期望加速度，即控制信号。注意：悬停状态下线速度和加速度均为0，即。

通过俯仰角和滚转角控制飞行器在XW和YW平面上的运动，通过控制偏航角，通过控制飞行器在ZB轴上的运动。可得：

根据上式可按照以下原则进行线性化：

（1）将俯仰角、滚转角的变化作为小扰动分量，有，，（2）偏航角不变，有，其中初始偏航角，为期望偏航角（3）在悬停的稳态附近，有

根据以上原则线性化后，可得到控制信号（期望加速度）与期望姿态角之间的关系：

则内回路的输入为：

5实验步骤与结果

（1）

根据控制回路的结构建立simulink模型；

（2）

为了便于对控制回路进行参数调整，利用Matlab软件为四旋翼飞行器创建GUI参数界面；

（3）

利用Matlab的VR

Toolbox建立四旋翼飞行器的动画场景

（4）

根据系统的结构框图，搭建Simulink模块以实现模拟飞行器在指定位置的悬停。使用默认数据，此时xdes=3，ydes=4，zdes=5，开始仿真，可以得到运动轨迹x、y、z的响应函数，同时可以得到在xyz坐标中的空间运动轨迹。然后点击GUI中的VR按钮使simulink的工作空间中载入系统仿真所需的参数，把x、y、z的运动轨迹和Roll，Pitch，Yaw输入至VR中的模拟飞行器中，观察飞行器的运动轨迹和运动姿态，然后再使用一组新的参数xdes=-8，ydes=3，zdes=6进行四旋翼飞行器运动进行仿真模拟，可以看出仿真结果和动画场景相吻合。

6实验总结与心得

此次MATLAB实验综合了SIMULINK、GUI和VR场景等多个部分，对四旋翼飞行器运动进行了仿真模拟。由仿真结果可以看出，四旋翼飞行器最终位置达到了期望给定的位置，三个方向的响应曲线最终平稳，对应飞行器悬停在期望位置，达到了控制要求。

本次试验收获很多，学习到了很多知识，首先是熟悉了SIMULINK由简至繁搭建系统的过程，学习了利用VR建立虚拟模型，并在SIMULINK中连接。其次是熟悉了MATLAB

GUI界面的编写和搭建过程。Matlab提供了强大的用户图形界面，以帮助用户不必编写底层程序而直接在软件包基础上进行自行开发，这点在诸多软件中都有所体现。另外通过实验，对四旋翼飞行器的受力分析、模型建立、控制回路设计等有了较为细致的了解。

篇2：系统仿真

电液仿真转台控制系统设计与仿真研究

针对影响三轴电液仿真转台动、静态性能最大的同步驱动、摩擦和大惯量负载干扰三个问题,采用了模拟人脑基于经验控制的.FNN(模糊神经网络)控制器和基于学习校正的PNN(预测神经网络)控制器分别对应转台内环(角速度环)和外环(角度环)反馈系统.FNN同步控制器分为等同和主从同步控制模式,两种模式相互切换,提高了系统同步性能;PNN摩擦干扰控制器采用了基于双网络模型的NARMA(非线性自回归滑动平均)预测模型,具有较强的非线性系统辨识能力,提高了系统抗干扰能力.软件仿真结果表明,当转台外框负载发生变化或外框两马达转速相差较大时,使用PNN-FNN模型的智能控制系统仍具有较高的位置跟踪精度和动态性能.

作 者：王锴 王占林 付永领 李万国 WANG Kai WANG Zhan-lin FU Yong-ling LI Wan-guo  作者单位：北京航空航天大学,自动化科学与电气工程学院,北京,100083 刊 名：宇航学报  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ASTRONAUTICS 年，卷(期)： 28(1) 分类号：V249 TP183 关键词：模糊神经网络   预测神经网络   非线性自回归滑动平均模型   双闭环反馈系统  

篇3：系统仿真

1 变电仿真系统的背景和意义

电力仿真系统在整个电力行业的运作过程中针对电力系统进行研究有着重要的地位, 这也是针对电力系统的专业人员进行培训所采取的必要手段。我国目前的电力电网规模的需求越来越大, 覆盖率越来越高, 在居民和工业生产中占有着极其重要的地位, 如果电力系统或电网系统在日常中产生故障导致停电, 不仅会给用电工业和居民带来巨大的经济损失也会, 同时也影响到电力企业自身的经济利益。所以, 在电力或电网系统的运作过程中我们务必要保证电力系统的正常运行, 将故障停电的可能性降到最低, 甚至杜绝电力系统发生故障的情况。

在保证电力系统的持久正常运行的过程中, 涉及到了电力系统设计方案以及电力系统设备的等级, 但在过程中, 最重要的就是各个电力系统环节的专业工作人员进行紧密的配合和操作。而仿真电力系统就是在这一个过程中, 针对还未成熟的专业技术人员进行培训, 仿真电力系统可以在完全不影响实际系统的运行情况下, 模拟出电力系统各个环节数据的变动以及整个系统的动态过程, 以及在事故发生时系统的具体反应, 可以让培训的电力专业技术人员有身临其境的感觉。在对使用仿真电力系统进行操作培训后, 可以让未成熟的电力系统专业技术人员在短时间内就获得大量的电力系统操作经验, 甚至能够得到以往没有经过这种仿真系统培训的人员的十几年的操作经验, 只有丰富的经验在能够让电力专业技术人员在电力系统发生故障后及时的针对问题进行处理。

2 变电仿真系统介绍

变电仿真系统由多个环节和硬件设施组成而来的, 主要有以下几个方面:

(1) 主机。作为系统的计算中心, 运行仿真系统主模块程序。

(2) 教练员台。多功能的培训控制中心。

(3) 学员台。为学员提供一个人机对话的环境。

(4) 多媒体机。用来播放一段设备实况。

(5) 录波机。用来录制波形和生成紧急制表输出, 也作为事故打印的发送中心。

(6) 工控前置机。用来将主机发往屏面设备的信号通过接口装置转化为屏面设备的仪表指示、灯光显示, 或将入对屏面设备的操作信号转化为主机所能接受的信号。

(7) 控制屏、保护屏, 直流屏。硬屏面仿真, 开关、表计、压板、光字、各种信号灯及其他可操作部件用真实的元件, 通过接口装置与软件模块联系。

3 互联系统的含义与性能

3.1 系统互联的含义

变电站内的仿真子系统以及电网的仿真子系统在互联过程中具有两个层面的含义:第一个是指电力系统的通信的角度设计, 在电力设备上将两个部分的信号通道联接起来, 在此之后再考虑两个系统使用过程中的信息延迟问题。第二层含义是两个设备的应用层方面, 指两个仿真系统与实际电力系统的模块联接过程中的问题, 主要的症结在于两个仿真子系统在这个过程中相互协调配合, 这个部分是直接面向受培训的电力专业人员的, 也是两个仿真子系统互相联接的真正意义所在。

第一个层次的含义我们可以认为是信息传输的实时延迟问题, 而第二个层次的含义主要是在实际应用方面的, 有着高效保证的实时信息联接是实际应用联接的基础。所以, 电力仿真子系统和电网仿真子系统进行互联开发的研究过程中必须要针对通信接口设计以及仿真系统与实际系统的模块配合的研究放在首位。

除此之外, 电力仿真系统以及电网仿真系统的联接交叉点是处在整个电力系统模拟战站的, 在电力系统的互联模式之下, 这个电力模拟站运行过程中的仿真问题是由SOTS以及DTS两个系统来进行解决。所以在电力系统模拟站之外的仿真过程中所遇到的问题由DTS来进行解决, SOTS不参与解决过程。但是, 在两个仿真子系统的互联模式之下, 电力模拟站的里面和外面都属于一个整体, 两者互相响应、互相影响, 不然整个仿真系统的研究就完全失去了存在的意义和必要性。

3.2 互联系统的功能和性能

根据用户提出的设计要求, 经归纳总结, 得出本互联系统的具体要求如下:

a.系统互联后SOTS、DTS各自保持独立运行时的功能 (独立系统的技术要求有效) 。两系统可以互联运行, 也可以各自独立运行。

b.互联模式下, 可以进行在线数据双向传输, 数据传输顺畅, 正确、快速。

c.互联模式下, SOTS和DTS应是互相影响的。

d.系统互联的操作应简便, 各自系统互联前后的使用方法一致, 即互联对使用者 (培训师、学员) 是透明的。

e.互联模式下, SOTS和DTS的潮流数据应是一致的。f.互联系统运行稳定、正确, 不发生死机现象。

依据上述要求, 本互联系统应具有如下功能:

a.常规变电站仿真培训系统和电网仿真培训系统的原有功能;

b.互联模式下, SOTS侧模拟站的操作或故障、异常设置可以影响到DTS侧的电网;

c.互联模式下, SOTS侧从DTS侧取得更为准确, 真实的潮流数据;

d.互联模式下, SOTS侧与DTS侧的继电保护可以在整定值、动作时限上互相配合:

e.互联模式下, SOTS侧与DTS侧的联络线, 其开关动作后的重合闸可以互相配合:

f互联模式下, DTS侧可以为SOTS侧提供故障计算的更为准确、真实的数据;

g.互联模式下, DTS侧可以察看SOTS侧的数据变化情况, 可以了解到电网对变电站的影响效果。

本互联系统应具备的性能如下:

a.硬件连接可靠。它是保证实用性的基本要求。同时在有一定干扰的情况下仍然可以可靠工作。

b.可以实现双向通信。两侧系统可以实现互动, 使互联系统成为有机的统一体。

c.实时性好。各种培训情况下, 不能有延迟、停滞、挂机等情况。SOTS侧开关操作或设置故障后, 应在0.2秒 (或0.1秒) 之内从DTS侧取得潮流数据。SOTS侧的表计、信号等的反应及时, 符合实际情况。

结束语

篇4：火控系统仿真试验技术

关键词：虚拟试验验证技术 实物试验 火控系统

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-073-02

1 引言

无数战争表明决定军队制胜法宝之一就是兵器的优劣，尤其是在现代局部战争中，高技术兵器在局部战争中发挥着愈来愈重要的作用，世界各国都在进行高技术兵器的研制与应用，但高技术兵器研制的巨大投资与可能装备间的矛盾也日益尖锐。伴随着武器系统的先进性、复杂性的不断提高，目前的实物试验存在制约其发展的一些问题，因此需要在传统的实物试验验证领域引入新方法，以适应新型武器系统研制对周期、经费和风险的需求。下面以火箭炮火控系统为例进行分析。

2 火箭炮火控系统仿真技术的概念

2.1 火箭炮火控系统试验流程

火箭炮因其自身的覆盖性高、打击性强、反应时间快、震慑力大、兼容性好等特点成为现代局部战争中陆地主角。国内对于火箭炮的武器试验场试验基本以实物试验为主在整个试验过程中，火箭弹外弹道飞行轨迹设计是重中之重，因为无论是在技术研讨中还是在实际操作中，火箭弹的外弹道无疑是中心话题，火箭弹外弹道设计的好坏直接关系到整个试验的成功与否。而火箭弹外弹道的参数设定主要由火控系统来完成，因此火控系统是试验的核心之一。火箭炮火控系统的试验流程如下：

（1）火箭炮火控系统的静态检查测量：对火控计算机解算的速度、精度进行检测（在理想诸元的条件下），以及对其他分系统的功能检测；

（2）对火箭炮火控系统中的装填火箭弹显示装置进行检测；

（3）火箭炮火控系统行驶试验：是火箭炮在各种路面进行长度不一的行驶，并在行驶中、后对火箭炮火控系统进行功能、性能检测；

（4）火箭炮火控系统射程与密集度试验：是对火箭炮火控系统的弹道解算精度进行检测；

（5）火箭炮火控系统调炮试验：是对火箭炮火控系统的调炮精度进行检测；

（6）火箭炮火控系统环境试验：对火箭炮火控系统在不同温度中的功能、性能进行检测；

（7）火箭炮火控系统的可靠性试验：是对火箭炮火控系统的可靠性进行检测；

（8）火箭炮火控系统电磁兼容试验：对火箭炮火控系统各分系统的抗电子干扰性、兼容性进行检测。

依据上述试验流程能够对火箭炮火控系统进行完整、详细的考核。

2.2 火控系统仿真试验

我军现主流的武器装备火控系统尤其是地炮火控系统造价昂贵，采用实装进行操作训练及试验是不经济的，火控系统仿真技术则可以有助于改变这种局面。火控系统仿真技术通过以仿真技术等高新技术为基础，通过软、硬件的有机结合，保证了良好的人机交互性，使操作训练人员有身临其境的感觉。它能逼真地显示虚拟战场和作战过程，供军事专家及武器试验负责人制定合适的作战、试验方案，还能模拟决策的过程，向用户解释系统的行为机制。通过应用三维图形显示技术，在计算机屏幕上生成虚拟装备，模拟火控系统真实工作的过程及场景即进入系统主界面对火控系统中的各功能进行仿真。因此采用仿真技术设计火控系统，照真实系统的设计方案建造一个虚拟化的原型系统。能够使得该系统的设计者、使用者和试验人员聚集到一起，让他们在这个虚构的系统面前进行交互式操作，共同探讨真实系统的设计思想、战术性能和作战方法，从中发现潜在的问题，帮助设计者、试验人员对设计方案、试验方案进行修改，为新系统的工程化提供可靠的技术依据。

3 火箭炮火控系统仿真实例

由于外弹道考核是火控系统的中心，因此使用Matlab软件工具实现对火箭弹外弹道解析方程组、火箭弹外弹道理想弹道方程组、火箭弹外弹道扰动方程组的数值求解，并将求解结果进行对比得到与实际相符的结论。

根据此流程能够完成利用逐次逼近法对火箭弹外弹道解析方程组的求解、利用龙格库塔法对火箭弹外弹道理论方程组以及扰动方程组的求解以及利用蒙特卡罗法对弹道落点散布值的求解。

3.1 仿真流程设计

火箭弹外弹道数值仿真流程设计主要包括两部分：全弹道诸元值近似解的求解仿真流程设计和计算机模拟打靶仿真流程设计。

（1）全弹道诸元值近似解的求解仿真流程设计。

针对火箭弹外弹道解析方程组，输入初始条件后，在主动段处应用逐次逼近法对其进行近似解求解。在每一次求解过程中应利用条件判断来确定此次结果是否满足要求。当结果不满足要求时就会继续循环直至结果满足要求为止。再利用此主动段处的弹道诸元結果通过插值运算对外弹道表进行查表求出被动段处的诸元值。最后求出全弹道诸元值的近似解。

（2）计算机模拟打靶仿真流程设计。

由于火箭弹外弹道理想弹道方程组与扰动弹道方程组均使用龙格库塔法进行数值求解，因此两个方程组的数值仿真流程的主要步骤均相同，在输入初始条件后，通过迭代循环和条件判断来确定火箭弹外弹道主动段、被动段的各个时间步长上的诸元值以及完成计算机模拟打靶后所得到的弹道落点散布值。要注意的是对于火箭弹外弹道扰动方程组，应加入适当的扰动量。

3.2 实现步骤

当输入初始条件完毕后，就运行系统实现所设定的效果：

（1）利用火箭弹外弹道方程组实现功能模块完成了对外弹道方程组的计算，并输出外弹道诸元值；

（2）将诸元值输入到火箭弹沿外弹道飞行功能模块，将每一个时间点上的坐标值设定为曲线控制点的位置值。实现了外弹道曲线的绘制以及渲染，并利用驱动机制使得火箭弹沿其飞行；

（3）同时将诸元值输入到火箭炮调炮模块，利用诸元值中的角度值完成调炮；

（4）当调炮完毕后，火箭弹开始飞行时，利用火箭弹尾焰实现功能模块，设定粒子数量和角度。实现逼真的火箭弹尾焰效果；

（5）当火箭弹沿外弹道曲线飞行结束时，就利用火箭弹爆炸效果实现功能模块来实现火箭弹的爆炸效果；

（6）由于针对的仿真场景为火箭炮群的发射场景，因此利用火箭炮群功能模块，调用原始火箭炮的数据，并对其进行动态的复制以及功能的实现，最后实现了火箭炮群的功能；

（7）由于火箭炮群的打击目标为坦克群，因此利用坦克群功能模块，对所输入的数据进行运算，利用行、列值对坦克群进行排列。利用按键实时的改变坦克群的速度值。并通过粒子系统来实现坦克被击中的特效效果。再通过击毁率模型得出坦克群的击毁率；

（8）为了对该射击仿真场景进行多方位、多角度的观察，通过摄像机的设定功能模块，依据输入角度值来进行预先的设定，实现了各角度摄像机的有效运行；

（9）当以上仿真场景实现后，为了方便用户同时对场景各方位的观看，可利用分图功能模块在设定贴图、材质后，利用信息传递机制将各方位摄像机所摄的场景进行传输并将其设定在贴图上，从而实現了分图效果。

4 结束语

火控系统的实验测试，在当前仍以实物测试为主。试验成本过高且试验效果也不明显，而且火控系统试验的核心为外弹道试验。在当前对于外弹道的研究多以数值处理和实际数据为主，缺乏以视景图形化的动态方式来对外弹道进行描述的手段。通过以上步骤实现了对外弹道曲线飞行状态的视景图形化的再现，并通过对飞行进程的输出，能够直观的反映出弹丸在外弹道曲线上的各时间段上的飞行姿态演变。并且通过对坦克群的相应设定，能够得出弹丸对以不同速度运行的坦克群进行打击时的击毁率，对未来的仿真试验建设有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 龚光红，崔武伦.分布式虚拟战场环境中的仿真模型[J].系统仿真学报，2000，12（4），337-339.

[2] 赵雯，胡德风.武器系统虚拟试验验证技术发展研究[J].计算机测量与控制，2008，16（1）：1-4.

[3] 王国玉，冯润明.逻辑靶场与联合试验训练[J]，现代军事，2006（09）：55-58.

[4] 曾嫦娥，鱼明哲，单长胜，等.美国海空军制导武器试验的半实物仿真技术[J].飞行器测控学报，2005，24（5）：63-69.

篇5：焊接虚拟仿真培训系统

焊接是一项对过程要求很高的工作，在现有的手工焊接生产中，采用MAG/MIG焊接的约占50%，TIG焊接约占30%，MMA焊接约占20%；如：在造船行业中，MAG约占70%，MMA约占30%；那么，这就需要焊工要有扎实的操作手法、规范的动作。而在焊接培训过程中传统方式存在以下多种问题：（1）消耗大量的焊条(丝)、焊件和保护气体等材料；（2）对学员的培训过程难以准确掌握；（3）对学员的焊接水平难以评价；（4）培训效果不尽理想；

（5）培训过程环境污染严重，有害健康；（6）培训过程安全性差。

2、项目实施目的

1）减少甚至避免焊接练习过程中强光、高温、明火及烟尘以及有毒气体的产生，全面保护教师和学员的身体健康；

2）减少或者避免焊接实训过程中对空气污染的有害气体的排放，防止对环境造成污染；

3）能够让无工作经验的学员快速、真实的投入到焊接实训中，提高培训效率，避免由于无经验操作产生的事故。同时能够让有经验的训练者有更高的训练平台，提高焊接技术；

4）节省真实焊材、工件等焊接材料以及工业用电，降低培训成本； 方便教学。

3、焊接仿真模拟器概述

电焊操作训练模拟器系统是由武汉科码软件有限公司独立自主研发的焊接虚拟仿真培训系统。该系统是基于虚拟计算机系统，是以中高度仿真的教学培训系统，能让学员在接近真实的模拟环境下进行焊接技术的训练。该系统能促进焊接技能向实际工况焊接的有效转换。与传统的焊接培训相比减少了焊材的浪费。

该设备结合了：焊工的动作、仿真焊接焙池、焊接声音及焊接手感，使用该系统的受训者能够感受到几乎真实的焊接过程。

电焊模拟实训系统是新一代环保、节能、通用型操作技能实训与评价平台。该系统采用分布式仿真实训技术、虚拟现实技术、微机测控技术、声音仿真技术及计算机图像实时生成技术。在不需要真实焊机的情况下，通过仿真主控系统、位置追踪系统，将焊接演练过程中焊枪的位置、速度和角度等进行采集处理，并实时生成虚拟焊缝。

该系统将仿真操作设备、实时3D技术及渲染引擎相结合，演练过程真实，视觉效果、操作手感与真实一致。在焊接演练的过程中，学员能够看到焊接电弧以及焊液从生成、流动到冷却的过程，同时听到相应的焊接音效。

该系统与传统的焊接技艺教学能有机的融合在一起，是实现灵活、高效、安全、节约、绿色无污染的焊接模拟培训教学与考核的最佳教学方法。

通过电焊模拟实训系统，学员不仅仅可以获得与传统实训相同的操作经验，同时通过系统内置的数据采集、智能专家辅助模块和量化考核评价系统等一系列先进独特的教学功能，配合合理明晰的焊接知识穿插讲解，使学员可以获得在传统教学实践过程中难以量化的精确焊接培训指导，大幅度提升学员在培训过程中的方向性和目的性，有效缩短学员的培训周期，降低教师的教学负担，达到以低成本、低投入实现“精教、精学、精炼”的焊接培训机制。

电焊模拟器主机效果图

电焊模拟器设备图片

4、技术基础

当操作者进行训练时，系统中的多个传感器将获得的多个焊枪实时参数反馈给计算机，计算机对数据进行处理分析，并在显示装置和音响上显示相应的焊接画面和焊接声音。焊接实训设备应具有以下技术：

1、数字图像处理、信息技术。

2、计算机图形学、传感与控制技术。

3、多种焊接操作技术、安全操作规范。

4、融多项高新技术于一体，呈现代职业教育之先进手段。

5、新型的焊接训练实训设备是一种低成本、高效率、现代化的焊接训练解决方案。

焊接模拟器技术原理图

5、视景仿真系统结构

焊接模拟器视景仿真系统结构图

各个模块应具有的功能如下：

1、数据输入模块主要负责将焊接工艺参数和焊枪运动参数状态信息传递给焊接仿真模型模块和仿真引擎模块。

2、仿真模型模块主要负责对工件、焊枪等焊接仿真环境进行静态几何建模, 完成焊缝模拟、烟、光照、火光、阴影、光照等特效3D图形渲染。

3、焊接仿真引擎是系统的核心，它主要探寻焊接工艺、焊枪运动状态参数和焊缝横截面几何参数之间的关系。

4、仿真结果输出模块包括评价系统模块和其它功能子模块。主要负责实时监测仿真状态, 输出动态仿真结果，分析、评价仿真过程数据。

5、具备培训效果可评估功能：具有实时可视的操控信息反馈、虚拟焊缝的实时检测指导、训练者操作技能的实时评估功能。

6、学员端系统功能与特点

1、性能与优势： 1）、多种焊接工艺。

本套实训设备可以模拟训练多种焊接工艺，焊条焊、气体保护焊、氩弧焊、，还可扩展直流焊、铝焊、气焊，并包含焊接共享资源库。

（1）焊条电弧焊模拟训练系统

焊条电弧焊模拟训练系统可模拟焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程的模拟系统。本系统可进行酸性焊条J422（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）、碱性焊条J507（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）的多种训练，并可对焊件进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多种不同位置的焊接训练。训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到焊条电弧焊训练效果。

（2）CO2气体保护焊模拟训练系统

CO2气体保护焊模拟训练系统可模拟以二氧化碳气体作为电弧介质，保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的一种熔焊模拟系统。本系统可选用药芯焊丝YJ502、YJ507、YJ507CuCr、YJ607、YJ707； 自保护焊丝：直径Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6。并可对焊件进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多种不同位置的焊接训。训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到CO2气体保护焊训练效果。

（3）氩弧焊模拟训练系统

氩气体保护焊可模拟200A/mm2左右的高强度电流密度效果，焊接过程中系统可体现氩弧焊燃烧稳定、热量集中、熔滴细小、飞溅少的使用特点。并可对焊件进行多种不同位置的焊接训。训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到氩弧焊训练效果。

2)、三种焊枪

本套实训设备包含以下三种焊枪，与真实焊枪比例一致：焊条电弧焊枪、CO2气体保护焊枪及氩弧焊枪，操作过程中有焊条融化的缩短真实体验和焊条

自动更换功能，并能体验到操作手感。见下图：

3）多种接头（焊件）形式

本实训设备可以模拟多种焊接接头形式，对接、角接、T接接头形式以及I形、V形（单面焊双面成形）、Y形坡口类型。

系统还可模拟管对板，管对管接头的形式。还可扩展多种焊接形式。

4）、多种焊接位置

本实训设备有独立的操作台，可以在虚拟场景中灵活地调节多种焊接位置，让训练者无障碍进行平焊、立焊、横焊、仰焊等多角度焊接位置训练。示意图如下：

5）、能够真实的模拟焊接过程中的各种条件设置，引弧、焊接、收弧中的

各种手法，在焊接过程中具有自动换条功能，并能体验操作中的力量反馈感，电弧、明暗场、飞溅、焊缝、声效表现逼真。

6）、系统设置简单，虚实结合，通过真实的焊板、焊枪、示教器进行焊接训练；系统可提供完善的语音提示，焊接过程中可以通过图形及语音提示帮助学员校正操作姿势，辅助指导学员的培训过程与应用。

（1）该系统具有仿真示范教学功能，示范最佳的焊枪姿态（包括焊接速度、焊枪角度、焊枪与工件的距离和位置等）。

（2）系统可体验焊接过程中的的使用感觉，包括焊条的更换等。

篇6：雷达系统仿真个人总结

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

篇7：信号与系统仿真实验报告

仿真

实 验 报 告

班级： 学号： 姓名： 学院：

实验一

一、实验者姓名：

二、实验时间：

三、实验地点：

四、实验题目：

5(s25s6)求三阶系统H(s)3的单位阶跃响应，并绘制响应波形图。

s6s210s8

五、解题分析：要知道求单位阶跃响应需知道所用函数，以及产生波形图所需要用到的函数。

六、试验程序：

num=[5 25 30];den=[1 6 10 8];step(num,den,10);title(‘Step response’)

七、实验结果：

实验所得波形图如下：

Step response4.543.53Amplitude2.521.510.50012345Time(sec)678910

八、实验心得体会：通过本次试验了解学会了一些新的函数的应用。了解到了N阶系统的单位阶跃响应的计算方法，和系统的响应波形图的函数应用和绘制方法。为后面的实验打下基础，并对信号仿真和《信号与系统》这门课程之间的联系有所增加，对《信号与系统》这门课里的问题也有了更加深入地了解。

九、实验改进想法：无。

实验二

一、实验者姓名：

二、实验时间：

三、实验地点：

四、实验题目:

一个因果线性移不变系统y(n)0.81y(n2)x(n)x(n2)，求：（1）H(z)；（2）冲激响应h(n)；（3）单位阶跃响应u(n)；（4）H(ej)，并绘出幅频和相频特性。

五、解题分析：离散卷积是数字信号处理中的一个基本运算，MTLAB提供的计算两个离散序列卷积的函数是conv，其调用方式为 y=conv(x,h)。其中调用参数x,h为卷积运算所需的两个序列，返回值y是卷积结果。

MATLAB函数conv的返回值y中只有卷积的结果，没有y的取值范围。由离散序列卷积的性质可知，当序列x和h的起始点都为k=0时，y的取值范围为k=0至length(x)+length(h)-2。

许多离散LTI都可用如下的线性常系数的差分方程描述

ay[kn]bx[kn]

nnn0n0NN其中x[k]、y[k]分别系统的输入和输出。在已知差分方程的N个初始状态y[k]，和输入x[k]，就可由下式迭代计算出系统的输出

y[k](an/a0)y[kn](bn/b0)x[kn]

n1n0NM利用MATLAB提供的filter函数，可方便地计算出上述差分方程的零状态响应。filter函数调用形式为 y=filter(b,a,x)。其中 a[a0,a1,...,aN]，b[b0,b1,...,bM]，分别表示差分方程系数。X表示输入序列，y表示输出序列。输出序列的长度和序列相同。

当序列的DTFT可写成ej的有理多项式时，可用MATLAB信号处理工具箱提供的freqz函数计算DTFT的抽样值。另外，可用MATLAB提供的abs、angle、real、imag等基本函数计算 DTFT的幅度、相位、实部、虚部。若X（ej）可表示为

b0b1ej...bMejMB(ej)X(e)jjjNA(e)a0a1e...aNe则freqz的调用形式为 X=freqz(b,a,w)，其中的b和 a分别是表示前一个

j式子中分子多项式和分母多项式系数的向量，即a[a0,a1,...,aN]，w为抽样的频率点，向量w的长度至少为2。返回值X就是DTFTb[b0,b1,...,bM]。在抽样点w上的值。注意一般情况下，函数freqz的返回值X是复数。

六、实验程序:

clc;clear;close;b=[1 0-1];a=[1 0-0.81];figure(1);subplot(2,1,1);dimpulse(b,a,20)subplot(2,1,2);dstep(b,a,50)w=[0:1:512]*pi/512;figure(2);freqz(b,a,w)

七、实验结果：

冲击响应图及阶跃响应图:

Impulse Response1Amplitude0.50-0.50246810Time(sec)Step Response12141618201Amplitude0.500510152025Time(sec)3035404550 100Magnitude(dB)0-100-200-30000.10.20.30.40.50.60.70.8Normalized Frequency( rad/sample)0.91100Phase(degrees)500-50-10000.10.20.30.40.50.60.70.8Normalized Frequency( rad/sample)0.91

八、实验心得体会：通过实验我们知道了使用Matlab来绘出出一个线性移不变系统的幅频和相频曲线。并知道了在《信号与系统》中得一些差分方程和各种响应，譬如零输入相应、零状态响应、全响应、自由响应、强迫响应、冲击响应、单位阶跃响应等等各种响应在Matlab中的函数表达方式和他们的求法，以及系统的幅频和相频曲线的绘制都有了一定深刻的认识。

九、实验改进想法：无。

实验三

一、实验者姓名：

二、实验时间：

三、实验地点：

四、实验题目：

模拟信号x(t)2sin(4t)5cos(8t)，求N64的DFT的幅值谱和相位谱。

五、解题分析：在MATLAB信号处理工具箱中，MATLAB提供了4个内部函数用于计算DFT和IDFT，它们分别是：fft(x)，fft(x,N)，ifft(X)，ifft(X,N)。

fft(x)计算M点的DFT。M是序列x的长度，即M=length(x)。

fft(x,N)计算N点的DFT。若M>N，则将原序列截短为N点序列，再计算其N点DFT；若M

ifft(X)计算M点的IDFT。M是序列X的长度。

ifft(X,N)计算N点IDFT。若M>N，则将原序列截短为N点序列，再计算其N点IDFT；若M

六、实验程序：

clc;clear;close;N=64;n=0:63;t=d*n;q=n*2*pi/N;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8*pi*t);y=fft(x,N);subplot(3,1,1);plot(t,x);title(‘source signal’);subplot(3,1,2);plot(q,abs(y));title(‘magnitude’);subplot(3,1,3);plot(q,angle(y));title(‘phase’);

七、实验结果：

***0100806040200|F(k)|05101520Frequency253035

***0100806040200|F(k)|05101520Frequency253035 4321|jW|0-1-2-3-405101520Frequency253035Step Response400020000-2000 Amplitude-4000-6000-8000-10000-12000-1400001234n(samples)5678

八、实验心得体会：通过本次试验我知道了求取模拟信号在N等于一定值时的的DFT的幅值谱和相位谱的求法。通过本次实验，对幅值谱和相位谱有了更深的了解，并与课程《信号与系统》里的一些相关知识连接到了一起，使得学到的只是更加深刻、有意义。

九、实验改进想法：无。

实验四

一、实验者姓名：

二、实验时间：

三、实验地点：

四、实验题目：

将信号x(t)sin(240t)做离散序列，比较原序列与经过FFT和IFFT变换后的序列，并做出说明。

五、解题分析：此题需要对信号做离散序列，还要做FFT和IFFT变换，然后得到图像进行比较。连续时间函数与离散时间函数在编程中的区别主要体现在如下两个方面：第一，自变量的取值范围不同，离散时间函数的自变量是整数，而连续时间函数的自变量为一定范围内的实数；第二，绘图所用的函数不同，连续函数图形的绘制不止一个。本实验中要求绘制离散时间信号图，可以应用MATLAB中的函数来实现。用MATLAB表示一离散序列，可用两个向量来表示。其中一个向量表示自变量的取值范围，另一个向量表示序列的值。之后画出序列波形。当序列是从0开始时，可以只用一个向量x来表示序列。由于计算机内寸的限制，MATLAB无法表示一个无穷长的序列。对于典型的离散时间信号，可用逻辑表达式来实现不同自变量时的取值。

六、实验程序：

t=0:1/255:1;x=sin(2*pi*120*t);y=real(ifft(fft(x)));subplot(2,1,1);plot(t,x);title(‘原波形’);subplot(2,1,2);plot(t,y);

七、实验结果：

原波形10.50-0.5-100.10.20.30.40.50.60.70.80.91恢复的波形10.50-0.5-100.10.20.30.40.50.60.70.80.91

八、实验心得体会：通过对做信号的离散序列以及经FFT和IFFT的变换，了解了相关特性。通过计算机做出的信号波形图，我们能够很直白的看出原波形和经过变换后的波形的差别。

九、实验改进想法：无。

实验五

一、实验者姓名：

二、实验时间：

三、实验地点：

四、实验题目：

2s，激励信号22(s1)100x(t)(1cot)sco1s0(t)0，求（1）带通滤波器的频率响应；（2）输出稳态响应并绘制图形。已知带通滤波器的系统函数为H(s)

五、解题分析：需要知道求频率响应的方法，并绘制图形。

六、实验程序：

clear;t=linspace(0,2*pi,1001);w=[99,100,101];U=[0.5,1,0.5];b=[2,0];a=[1,2,10001];u1=U*cos(w’*t+angle(U’)*ones(1,1001));H=polyval(b,j*w)./polyval(a,j*w);H=freqs(b,a,w);subplot(2,1,1),plot(w,abs(H)),grid;subplot(2,1,2),plot(w,angle(H)),grid;u21=abs(U(1)*H(1))*cos(99*t+angle(U(1)*H(1)));u22=abs(U(2)*H(2))*cos(100*t+angle(U(2)*H(2)));u23=abs(U(3)*H(3))*cos(101*t+angle(U(3)*H(3)));u2=u21+u22+23;figure(2);subplot(2,1,1),plot(t,u1);subplot(2,1,2),plot(t,u2);

七、实验结果：

10.90.80.79910.50-0.5-19999.299.499.699.8100100.2100.4100.6100.810199.299.499.699.8100100.2100.4100.6100.8101

210-1-***222101234567

八、实验心得体会：通过本次试验，了解了频率响应求法，加深了对输出稳态响应的印象。

篇8：系统仿真

1 GPS仿真干扰系统模型

1.1 GPS发射子系统

GPS发射子系统运用了序列扩展频谱技术, 在使用BPSK调制载波时, 为了形成有效的射频扩散信号, 我们可以通过扩频C/A码×导航电文数据后再用模二运算, 得出射频扩散信号。GPS发射子系统的工作原理是在通过模二运算得出后完成扩频调制, 随之进行载波调制, 最终形成GPS发射信号, 在发射前需要经过放大。以下为GPS发射子系统的仿真模型。

1.2 GPS接收子系统

在GPS接收子系统接收GPS信号后, 先由射频滤波器进行放大, 然后加入扩频C/A码进行解扩工作, 随后结合同步载波, 再一同进行DBPSK解调, 最后经过积分器的放大与门限判决模块的转化得出数据信息d (f) 。在GPS接收子系统的功能实现中, 基带滤波器的功能是其中的关键, 它与积分器与门限判决模块的功能实现是完全一致的。以下就为GPS发射子系统的仿真模型。

通过科学家的实验证明, 当积分器在某个时刻进行门限判决后的输出结果, 与基带滤波器在同一时刻的输出输出信息是相同的, 因此GPS接收子系统所接收的信号可以表示为:

u (f) =s (t) +J (t) +n (t)

1.3 GPS信道子系统

GPS的信道子系统在接收GPS信号后, 要结合高斯白噪声和干扰形成复合信号, GPS信道子系统的仿真模型如图3所示。

将信号设为s (t) , 高斯白噪声设为n (t) , 干扰设为J (t) , 将三者融合转化形成并到达接收机的复合信号为:r (t) =s (t) +n (t) +J (t) 。

1.4 GPS干扰机子系统

GPS干扰机子系统是实现GPS干扰系统的干扰功能的主要组合成模块, 所以在对GPS干扰机子系统进行仿真模型建立时需要考虑多方面的因素, 包括干扰机子系统的功率Pj、干扰机子系统的上升高度h、干扰机子系统与接收器之间的间距Rj以及干扰机子系统发射的信号入射角α等。对GPS干扰机子系统仿真模型进行分析研究, 有助于有针对性地对GPS系统的干扰能力和抗干扰能力进行提高。其中, GPS接收器从干扰机子系统处所接收的信号强度是对GPS系统干扰能力最主要的等级判定参数, 但是GPS接收器所接收的GPS信号强度的影响因素有干扰信号在发射时具有的能量和频率、干扰机子系统与接收器的间距、干扰机子系统的上升高度以及接收器所使用的天线类型和质量等。

2 GPS干扰系统仿真结果与分析

2.1 GPS干扰系统仿真环境的设计

在发出信号对GPS接收器干扰时, 最关键的影响就是接收器成功接收的干扰信号的功率大小、与干扰机的间距以及上升高度等, 另外, 还有接收天线的增益效果。与接收天线的增益效果有直接关系的就是干扰信号进入接收器的入射角α, 如果入射角α是与接收器垂直的时候, 接收天线的增益效果就达到最大;而如果入射角α大于48°, 接收天线的增益效果就会大幅度的下降。不同功率、不同类型的干扰信号对接收器的干扰效果也各不相同。

2.2 仿真结果与分析

在相同的环境条件下, 相比起窄带CW码, 宽带Gold码的干扰效果要好很多。以下我们就假设有效干扰信号误码率大于0.3时, 宽带Gold码与窄带CW码分别作为干扰信号时的效果进行分析证明:

(1) 宽带Gold码, 当干扰机发出的信号功率为1w加上接收器的上升的高度为10km时, 干扰机和接收器的有效间距大于8.5km;当干扰机发出的信号功率为2w加上接收器的上升的高度为9km时, 干扰机和接收器的有效间距大于13km;当干扰机的上升的高度为7km时, 干扰机和接收器的有效间距大于10.2km。

(2) 窄带CW码, 当干扰机发出的信号功率为5w加上接收器的上升的高度为10km时, 干扰机和接收器的有效间距大于10.6km;当干扰机的上升的高度为8km时, 干扰机和接收器的有效间距大于8.5km;当干扰机的上升的高度为7km时, 干扰机和接收器的有效间距大于7.4km。

2.3 提高GPS干扰能力和抗干扰能力

从以上的分析证明中可以得出, 干扰机的上升高度对干扰效果的影响最大。因此为了取得更好的干扰效果, 在GPS干扰机的设定中, 应采用空基式, 放置于山顶或者飞行器等上, 而且要采用宽带Gold码作为扩频干扰信号。除此之外, 对于GPS导航系统, 如果没有一个干扰体系是很难有效地对其进行干扰的。因此在GPS的干扰机设置的平台上应该选用分布式的干扰体系。而在GPS抗干扰的问题处理上, 最好能做到同时使用六个以上的干扰源, 确保其中一个干扰源受到破坏时, 其余的干扰源仍然能够正常运作, 将整个干扰体系受到的影响减到最低。因此可以看出, 分布式的干扰体系能够同时有效地提高GPS系统的干扰与抗干扰能力。

参考文献

[1]王汝群.战场电磁环境[M].北京:解放军出版社, 2006.

[2]李高升.战场电磁环境 (PPT) [D].长沙:国防科技大学, 2008.

[3]武运鄂, 杨国平.做好复杂电磁环境下实兵对抗训练中政治工作[J].军队政工理论研究, 2009 (3) :90-91.