軍用嵌入式仿真技術的體系結構研究

摘要：基于目前軍事裝備研發(fā)與訓練中對臨時性模擬過程的需求，采用了技術融合的方法，將嵌入式技術和仿真技術整合，將仿真作為最終目的，將嵌入式技術作為其實現(xiàn)形式，研究了軍用嵌入式仿真技術的體系結構。結合理論推演和相關技術的探討，論證嵌入式仿真技術應用的可行性。并最終提出實現(xiàn)嵌入式仿真技術的解決方案，滿足了軍事裝備研發(fā)與訓練中對臨時性模擬過程的需求，填補了其基礎理論的空白。
關鍵詞：電路與系統(tǒng)；體系結構；綜述；仿真

嵌入式仿真技術由嵌入式技術和虛擬仿真技術整合而成，以仿真技術為主要功能，以嵌入式技術為實現(xiàn)形式。
仿真技術模擬環(huán)境和狀態(tài)對用戶產(chǎn)生的影響；同時允許用戶對仿真產(chǎn)生動作，將動作效果反饋給用戶。仿真技術必須依靠有效的體系結構，不同級別的仿真系統(tǒng)體系結構也不同。戰(zhàn)役或戰(zhàn)術級別的仿真技術需要隨裝備或部(分)隊行動，因此該級別的仿真技術正在向小型化、可編程化和模塊化發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心、以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)的對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。
嵌入式仿真技術是將仿真技術的核心軟件植入嵌入式系統(tǒng)，依靠嵌入式系統(tǒng)的運算處理能力、探測控制能力、通信能力和存儲能力完成仿真過程。

1 軍用嵌入式仿真技術基本理論體系
1．1 嵌入式仿真技術基本功能
軍用仿真技術研究兩個方面：武器裝備仿真和作戰(zhàn)仿真。仿真技術將部隊實裝研究與訓練、演習、作戰(zhàn)推演轉(zhuǎn)化成由計算機虛擬完成的逼真過程，以減少周期和資源投入，其可重復使用的特點又方便了裝備或作戰(zhàn)研究。嵌入式仿真是在實現(xiàn)仿真功能基礎上，進一步實現(xiàn)小型化、可編程化和模塊化。
1．2 嵌入式仿真技術功能實現(xiàn)
嵌入式仿真技術3個要素是系統(tǒng)(被仿真對象)、系統(tǒng)模型和嵌入式設備。聯(lián)系這3個要素的基本活動是模型建立、仿真方案生成和仿真試驗，輔以驗證、分析和反饋。

1．2．1 建立模型和仿真方案生成
仿真技術建模方法包括機理建模方法、系統(tǒng)辨識建模方法、多分辨率建模方法、面向?qū)ο蠼７椒?、多視圖建模方法、數(shù)據(jù)可視化建模方法、多媒體建模方法、面向組件建模方法和面向服務建模方法等。模型是嵌入式仿真技術的基礎，模型是否準確地描述了被仿真對象，是結果是否可信的前提。因此要進行模型驗證，包括可信性驗證和一致性驗證，以檢查模型是否正確地描述了實際系統(tǒng)，以及模型輸出是否充
分接近實際系統(tǒng)的行為。
1．2．2 仿真實驗
仿真實驗是嵌入式設備依據(jù)系統(tǒng)模型和仿真方案，自動計算并給出虛擬環(huán)境和虛擬狀態(tài)供用戶動作的過程，這是由嵌入式設備硬件和軟件共同完成的過程。仿真實驗以自動控制技術為理論體系，以虛擬環(huán)境和狀態(tài)的瞬態(tài)變化為激勵，以用戶動作為響應，再以該動作對虛擬環(huán)境和狀態(tài)產(chǎn)生的效果的反作用為反饋，整個過程是閉環(huán)控制過程，可歸納為如下數(shù)學模型

G為虛擬環(huán)境或狀態(tài)，Gb為仿真結果，H為系統(tǒng)處理過程，s為時間。如過程中存在用戶先于環(huán)境狀態(tài)反饋的動作，則應增加前環(huán)反饋，模型與上式基本相同，但H(S)應展開為

其中Gr(s)、Gp(s)和Gc(s)定性地代表仿真過程中增加前環(huán)反饋后可能存在的處理過程。