电子工业出版社-网上书店

虚拟试验技术是由系统工程、建模仿真技术、可视化与虚拟现实技术、信息处理技术、现代数学和计算机技术等多种学科交叉应用的新兴技术。虚拟试验技术可以在虚拟的条件下完成对被试品的测试和试验，能够大大缩短设备的研制、测试周期，节约测试经费，因而被广泛应用，已成为系统分析、优化设计、性能评测的强有力工具。本书针对武器装备虚拟试验的需求，全面、详细地介绍了虚拟环境资源、环境效应模型、虚拟场景显示及虚拟试验体系结构的关键技术。主要内容包括绪论、综合自然环境数据库构建、航空空间虚拟大气环境构建、临近空间虚拟大气环境构建、空间辐射虚拟环境构建、地形环境构建、海洋环境构建、虚拟自然环境集成、电磁波传输环境效应、激光传输环境效应、地形环境通过效应、二维场景显示软件开发、三维场景显示软件开发、虚拟试验验证平台构建。本书根据作者所在课题组多年的研发经验，给出了实际研发的过程和工程实例，重点解决应用设计中的关键技术问题，并解析了虚拟试验验证平台设计中遇到的难点和解决方法。本书内容丰富新颖，所举实例具有典型性、较强的实用性与指导性，可以作为高等学校测试专业、装备设计专业和计算机仿真专业等高年级本科生及研究生的教学参考书，也可为从事装备设计、虚拟试验验证相关领域的科研人员提供技术参考。

第1章  绪论	1
1.1  虚拟试验概述	1
1.2  虚拟环境资源	3
1.2.1  大气环境建模	4
1.2.2  临近空间的大气环境建模	6
1.2.3  辐射空间环境建模	7
1.2.4  地形环境建模	8
1.2.5  海洋环境建模	9
1.2.6  环境数据的表示与交换	12
1.3  环境效应模型	13
1.3.1  电磁波传输环境效应建模	13
1.3.2  激光传输环境效应建模	14
1.3.3  地形通过效应研究	15
1.4  虚拟场景显示	16
1.4.1  二维场景显示软件	16
1.4.2  三维场景显示软件	17
1.5  虚拟试验体系结构	18
1.5.1  试验与训练使能体系结构TENA	19
1.5.2  联合试验支撑框架H-JTP	20
1.5.3  虚拟试验验证平台	20
1.6  本书主要内容	23
第2章  综合自然环境数据库构建	24
2.1  综合环境数据表示与交换规范	24
2.1.1  数据表示模型（DRM）	25
2.1.2  空间参考模型（SRM）	26
2.1.3  环境数据编码规范（EDCS）	27
2.1.4  SEDRIS传输格式（STF）	28
2.1.5  编程接口（API）	28
2.1.6  SEDRIS的运作方式	28
2.2  基于SEDRIS的大气数据表示	29
2.2.1  基于DRM形成大气环境数据表示标准	29
2.2.2  基于SRM提供大气环境数据空间坐标系信息	31
2.2.3  基于EDCS规范大气环境对象属性	32
2.3  基于SEDRIS的地形环境数据表示	33
2.4  基于SEDRIS的海洋环境数据表示	36
2.4.1  海洋环境参数数据结构设计	36
2.4.2  海洋环境参数数据表示实现	39
2.5  基于SEDRIS的综合自然环境的交换	42
2.6  本章小结	44
第3章  航空空间虚拟大气环境构建	45
3.1  虚拟大气环境构建的整体思路	45
3.2  大气数值模式	46
3.3  MM5模式理论介绍	47
3.4  MM5模式及相关辅助软件安装及编译运行过程	49
3.4.1  PC安装基本条件	49
3.4.2  辅助软件	50
3.4.3  多核运算软件	50
3.4.4  可视化软件	50
3.4.5  MM5模式运行	50
3.5  虚拟大气环境资源生成软件	52
3.5.1  大气环境数据高度计算流程	52
3.5.2  需求分析	53
3.5.3  静态模型	54
3.5.4  动态模型	55
3.6  虚拟大气环境资源生成软件测试	56
3.6.1  MM5模式运行结果	56
3.6.2  软件测试结果	58
3.7  本章小结	61
第4章  临近空间虚拟大气环境构建	62
4.1  临近空间虚拟大气环境资源构建方法研究	62
4.1.1  临近空间虚拟大气环境资源构建方案	62
4.1.2  SABER探测数据分析	63
4.1.3  临近空间大气环境数据预处理	66
4.1.4  临近空间大气风场建模及数据插值算法	67
4.2  NRLMSISE-00大气模型研究	70
4.3  临近空间虚拟大气环境资源构建总体方案	71
4.3.1  临近空间虚拟大气环境资源构建总体需求	71
4.3.2  临近空间虚拟大气环境资源构建软件	71
4.4  临近空间虚拟大气环境资源构建软件测试	75
4.5  本章小结	77
第5章  空间辐射虚拟环境构建	78
5.1  空间辐射虚拟环境构建方法研究	78
5.1.1  空间粒子辐射环境分析	78
5.1.2  空间辐射环境建模分析与实现	86
5.1.3  空间辐射环境模型可信度评价	100
5.2  空间辐射虚拟环境生成软件设计与实现	102
5.2.1  设计方案	103
5.2.2  需求分析	104
5.2.3  静态模型设计	106
5.2.4  动态模型设计	108
5.2.5  界面设计	109
5.3  空间辐射虚拟环境生成软件测试	110
5.3.1  空间辐射虚拟环境生成软件功能测试	110
5.3.2  空间辐射虚拟环境生成软件性能测试	112
5.4  本章小结	115
第6章  地形环境构建	116
6.1  地形环境构建方法研究	116
6.1.1  地形环境数据源	116
6.1.2  地形环境数据预处理	117
6.2  地形环境资源的软件实现	119
6.2.1  地形环境建模软件	119
6.2.2  地形环境资源组件	124
6.2.3  地形环境建模软件测试	128
6.2.4  地形环境资源组件测试	133
6.3  本章小结	136
第7章  海洋环境构建	137
7.1  海洋环境参数选择与海洋观测数据集分析	137
7.1.1  海洋环境模型的参数选择	137
7.1.2  海洋观测数据集分析	139
7.1.3  各类海洋环境参数数据的生成方法	142
7.1.4  基于工程模型的海洋环境参数计算方法	145
7.2  基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法	148
7.2.1  时空Kriging插值法基本原理	148
7.2.2  多时段数据叠置拟合的时空Kriging插值法	151
7.2.3  基于改进时空Kriging插值法的温盐数据插值	154
7.3  海洋环境软件设计	162
7.3.1  海洋环境建模软件设计	163
7.3.2  观测数据统一表示软件设计	167
7.4  软件运行测试及海洋环境模型验证	171
7.4.1  海洋环境建模软件运行测试	171
7.4.2  观测数据统一表示软件运行测试	175
7.4.3  海洋环境模型验证	178
7.4.4  技术指标分析	182
7.5  本章小结	182
第8章  虚拟自然环境集成	183
8.1  概述	183
8.2  虚拟自然环境想定空间构建方法研究	184
8.3  背景环境数据生成方法研究	186
8.3.1  工程模型生成方法研究	187
8.3.2  数值模型生成方法研究	189
8.4  典型环境数据生成方法研究	191
8.4.1  大气扰动环境数据生成方法研究	191
8.4.2  电磁扰动环境数据生成方法研究	193
8.5  虚拟自然环境数据生成软件设计与开发	195
8.5.1  需求分析	195
8.5.2  静态模型	196
8.5.3  动态模型	198
8.5.4  单元测试	200
8.6  本章小结	206
第9章  电磁波传输环境效应	207
9.1  电磁波传输环境效应模型	207
9.1.1  理想空间环境模型	207
9.1.2  晴天环境模型	208
9.1.3  雾天传输模型	210
9.1.4  雨天传输模型	211
9.1.5  雪天传输模型	212
9.1.6  电磁波传输环境效应模型测试	213
9.2  电磁波传输效应软件设计	215
9.2.1  用例分析	216
9.2.2  概要设计	217
9.2.3  详细设计	218
9.2.4  界面设计	218
9.3  电磁波传输虚拟试验系统	219
9.3.1  系统组成	219
9.3.2  虚拟导弹组件设计	222
9.3.3  虚拟舰船组件设计	231
9.3.4  系统试验	237
9.4  本章小结	241
第10章  激光传输环境效应	242
10.1  激光传输环境效应模型	242
10.1.1  中低散射介质传输效应模型	243
10.1.2  高散射介质传输效应模型	252
10.2  虚拟试验激光传输环境资源的构建	260
10.2.1  激光传输效应组件需求分析	260
10.2.2  激光传输效应组件静态模型	262
10.2.3  激光传输效应组件界面设计	264
10.3  光电对抗虚拟试验	266
10.3.1  试验系统构建	266
10.3.2  光电对抗仿真试验	268
10.4  本章小结	271
第11章  地形环境通过效应	272
11.1  车辆地形通过性分析	272
11.1.1  直线行驶性能分析研究	272
11.1.2  转向行驶性能分析研究	274
11.1.3  稳定性性能分析研究	276
11.1.4  克服垂直壁性能分析研究	277
11.2  路径搜索	278
11.3  地形通过性软件实现	280
11.3.1  地形通过性分析组件	280
11.3.2  地形通过性分析组件测试	286
11.4  本章小结	291
第12章  二维场景显示软件开发	292
12.1  需求分析	292
12.1.1  功能需求	292
12.1.2  用例分析	292
12.2  二维场景显示软件开发关键技术	294
12.2.1  与中间件数据交互技术	294
12.2.2  标注及设备信息绘制技术	296
12.3  软件设计	297
12.3.1  显示方案节点结构及数据结构设计	297
12.3.2  静态模型设计	299
12.3.3  动态模型设计	300
12.3.4  主要界面设计	306
12.4  功能测试	308
12.4.1  二维场景显示软件功能测试	308
12.4.2  在雷达制导导弹虚拟试验系统中验证二维场景显示软件	309
12.4.3  在激光制导导弹虚拟试验系统中验证二维场景显示软件	312
12.5  本章小结	314
第13章  三维场景显示软件开发	315
13.1  需求分析	315
13.1.1  功能需求	315
13.1.2  用例分析	316
13.2  三维场景显示软件开发关键技术	318
13.2.1  用例分析地形文件构建技术	319
13.2.2  模型及观察者视角控制驱动技术	321
13.2.3  天气及特效渲染技术	323
13.3  软件设计	325
13.3.1　显示方案节点结构及数据结构设计	325
13.3.2　静态模型设计	327
13.3.3  动态模型设计	329
13.3.4　主要界面设计	333
13.4  软件测试与验证	334
13.4.1　三维场景显示软件功能测试	335
13.4.2　在雷达制导导弹虚拟试验系统中验证三维场景显示软件	336
13.4.3　在激光制导导弹虚拟试验系统中验证三维场景显示软件	339
13.5  本章小结	343
第14章  虚拟试验验证平台构建	344
14.1  虚拟试验系统支撑软件	344
14.1.1  术语定义	344
14.1.2  软件主界面	345
14.1.3  新建试验成员工程	346
14.1.4  打开试验成员工程	351
14.1.5  编辑试验成员工程	353
14.1.6  运行试验成员工程	360
14.1.7  切换界面风格	361
14.1.8  控制工具栏显示	361
14.2  虚拟试验验证平台方案构建	362
14.2.1  虚拟试验验证平台组成	362
14.2.2  虚拟试验验证平台方案	363
14.2.3  场景显示组件运行效果	366
14.3  本章小结	367
参考文献	368

前 言
随着计算机软硬件技术的飞速发展，虚拟试验技术逐渐成为研究热点。虚拟试验能够有效减少人力、物力损耗，大幅降低试验费用和开发成本；能够生成任意试验环境，具有在复杂环境条件下的产品试验能力，可以实现对被试品全方位的考察。虚拟试验的研究与开发受到越来越多的关注，在机械、电力、汽车、航空、军事等相关领域的应用也越来越广泛。
作者所在的科研团队近十年来一直从事虚拟试验技术相关的研究工作，承担国家重大项目中涉及虚拟试验环境资源和环境效应构建、虚拟试验场景显示、联合试验平台开发等方面的工作，对于虚拟试验验证平台的构建具有较丰富的开发经验。作者希望针对虚拟试验验证平台构建的关键技术，结合课题组已经公开发表的论文、专著和科研过程中积累的技术资料编写这本以实践应用为目标的专著，能够在技术人员开发虚拟试验验证平台时给予有益的借鉴。
本书分为14章。第1章概述了虚拟试验技术、虚拟试验的基础和支撑框架、虚拟环境资源构建及虚拟场景显示技术；第2章介绍了综合自然环境数据库构建方法，重点分析了综合环境数据表示与交换规范；第3章介绍了航空空间虚拟大气环境构建方法，利用中尺度大气数值模式生成包括温度场、湿度场、风场和压力场等在内的复合航空空间大气环境；第4章介绍了临近空间虚拟大气环境构建方法，利用TIMED卫星的SABER探测器的原始大气环境数据进行临近空间虚拟大气环境资源的构建；第5章介绍了空间辐射虚拟环境构建方法，利用ACE卫星原始地球辐射环境数据进行空间辐射虚拟环境资源的构建；第6章详细介绍了基于试验训练体系结构的地形环境资源开发的实现过程；第7章对面向装备试验的海洋环境建模技术进行了研究，给出了海洋环境数据模型的构建方法；第8章介绍了虚拟自然环境集成技术，根据需求快速生成复杂、想定的自然环境数据；第9章针对电磁波传输环境效应模型的研究和测试，开发了电磁波传输效应资源组件，详细介绍了基于试验训练体系结构的电磁波传输环境资源开发的实现过程；第10章研究了在大气中传输理论研究的基础上，开发的运行在虚拟试验平台上的激光传输环境效应组件；第11章研究了车辆地形通过性分析的理论，详细介绍了基于试验训练体系结构的车辆地形通过性分析组件开发的实现过程；第12章和第13章均介绍了虚拟场景显示软件开发，分别针对虚拟试验验证平台开发二维场景显示软件和三维场景显示软件；第14章介绍了虚拟试验验证支撑软件及虚拟试验验证平台的构建实例。读者学习这些内容后，可以对虚拟自然环境、环境效应及虚拟试验验证平台构建的关键技术有基本的了解，初步具备开发虚拟试验验证平台的能力。
本书由许永辉主笔，孙超、高天宇参与撰写。作者所在课题组的成行、孙丽、丁蔚、董昊、付文青、闫芳、李玲玉、苏文圣、赵晓斌和杨昌达等研究生参与了早期的研发工作，积累了很多素材，对此表示感谢。本书的出版得到姜守达教授的大力支持，在此向姜老师表示感谢。由于时间仓促和作者学识水平有限，书中难免存在错误或不妥之处，恳请广大读者批评指正。

许永辉  
2024年3月

本书配套资源下载

对不起，暂无音视频资源！

虚拟环境、环境效应与虚拟试验平台构建