二○一三～二○一四学年第二学期
信息科学与工程学院课程设计报告书
课程名称：通信原理
班级：电信（DB）1103
学号：201112135090
姓名：阮珊珊
指导教师：杨莘
二○一四年六月
摘要
数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。然而，实际中的大多数信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送系带信号，这是因为数字基带信号往往含有丰富的低频分量。为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。在接收端通过解调器把贷通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调。通常把调制和解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统。
一般来说，数字调制与模拟调制的原理基本相同，但是数字信号有离散取值的特点。因此数字调制技术有两种方法：①利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；②利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，对载波的振幅、频率和相位进行键控，即可获得ASK、FSK、PSk三种基本数字调制方式。
本次课程设计主要是运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计一个2PSK数字信号调制解调系统。
设计采用的是键控法进行调制。
关键字：Matlab Simulink 2P
目录
一、课程设计目的 (4)
二、课程设计时间安排 (4)
三、课程设计及要求 (4)
1.基本工作原理 (4)
1）数字通信系统 (4)
2）调制方法：键控法 (5)
3）解调方法：相干解调法 (5)
2、设计系统 (5)
1）Simulink仿真框图 (5)
2）工作原理 (6)
3）设定参数 (7)
3 .MATLAB仿真 (12)
1）波形仿真图 (12)
4）分析基带信号和已调信号的功率谱密度 (15)
5）误码率分析 (16)
四、课程设计心得体会 (19)
五、参考文献 (20)
一、课程设计目的
通过课程设计，巩固已经学过的有关数字调制系统的知识，加深对知识的理解和应用，学会应用Matlab Simulink工具对通信系统进行仿真。
二、课程设计时间安排
课程设计时间为第一周。首先查找资料，掌握系统原理，熟悉仿真软件，然后编写程序或构建仿真结构模型，最后调试运行并分析仿真结果。
三、课程设计及要求
设计一个采用不同调制方式的数字通信系统，其中单号同学完成2FSK（或MFSK）系统，双号同学完成2PSK或2DPSK(或QPSK)系统。选择2PSK进行设计及仿真。
1.基本工作原理
1）数字通信系统
数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的
要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，
在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。
2）调制方法：键控法
3）解调方法：相干解调法
由于2PSK是利用载波的相位变化来传递数字信息而振幅和频率保持不变。故采用相干解调法。
2、设计系统
1）Simulink仿真框图
2）工作原理
在二进制数字调制中,当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时,则产生二进制移相键控(2PSK)信号. 通常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和0. 二进制移相键控信号的时域表达式为
e2PSK(t)= g(t-nTs)]cosωct ( 2-
其中, an与2ASK和2FSK时的不同,在2PSK调制中应选择双极性,即
（2-2）
（2–3）
若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时,则有
发送概率为
-cosωct, 发送概率为1-P
由式(2 -3)可看出,当发送二进制符号1时,已调信号e2PSK(t)取0°相位,发送二进制符号0时,e2PSK(t)取180°相位.若用φn表示第n个符号的绝对相位,则有
0°, 发送1 符号
180°发送0 符号
这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制绝对移相方式.二进制移相键控信号的典型时间波形如图 2.4 所示.
二进制移相键控信号的时间波形
3）设定参数
建立好模型之后就要设置系统参数，以达到系统的最佳仿真。
A.正弦载波参数设置
正弦波：8HZ，幅度+2
设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为8HZ。
反相正弦波：8HZ，幅度-2
设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为8HZ;又要求与载波反相，故幅度设为-2.
B.伯努利二进制随机序列产生器
Bernoulli Random Binary Generator(伯努利二进制随机数产生器)是基于采样的，其幅度设置为2，周期为3，占1比为2/3。
C.码型变化器参数设置：
设置依据：采用1变0不变调制，故极性设为“Negative”.
D.多路选择器参数设置：
参数设置依据：当二进制序列大于0时，输出第一路信号；当二进制序列小于0时，输出第二路信号。
E.带通滤波器参数设置：
带通滤波器参数：带通范围为2~7HZ
设置依据：载波频率为4HZ，而基带号带宽为1HZ，考滤到滤波器的边沿缓降，故设置为2~7HZ。
F.低通滤波器参数设置：
低通滤波器参数设置：截止频率为1HZ
设置依据：二进制序列的带宽为1HZ，故取1HZ。
G.取样判决器参数设置：
取样判决器参数设置：门限值取为0.5，取样时间为1
设置依据：当大于0.5时输出0，当小于0.5时输出1，能达到在1变0不变的取样规则下正确解码的目的。
3 .MATLAB仿真
1）波形仿真图
A.调制部分
B.解调部分
2）系统不同部分的信号波形
3）眼图
A.理想信道眼图
B.高斯信道的眼图
4）分析基带信号和已调信号的功率谱密度
若二进制基带信号s(t)的功率谱密度Ps( f ) 为
则二进制相移键控信号的功率谱密度为
整理后可得
二进制相移键控信号的功率谱密度如图2.8所示，由离散谱和连续谱两部分组成。续谱两部分组成。离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形g(t)确定，二进制相移键控信号的带宽B2PSK 是基带信号波形带宽B 的两倍,即B2PSK=2B 。
5）误码率分析
本次采用的调制规则为‘1’变‘0’不变所以解调规则也用‘1’变‘0’不变。即为取样值大于门限时判为‘0’，当取样值小于门限值时判为‘1’。但在实际通信系统中往往存在噪声，噪声会对判决值产生影响，即会产生误码率，一般假设信道的噪声为高斯白噪声，下面讨论2PSK 解调器在高斯白噪声干扰下的误码率：
发端发‘1’时受到的2PSK 信号为
()2cos2PSK c S t a f t
π=-
带通滤波器的输出时信号加窄带噪声：
()()()()cos2[]cos2sin 2c i I c Q c a f t n t a n t f t n t f t πππ-+=-+-
上式与本地载波相乘后：
()()()()2cos2[]cos 2sin 2cos2c i I c Q c c a f t n t a n t f t n t f t f t
ππππ-+=-+-
()()()111
[][]cos 4sin 4222I I c Q c a n t a n t f t n t f t
ππ=-++-+-
经低通滤波后：
()()
I x t a n t =-+
所以x(t)的取样判决值的概率密度函数为：
(
)()221n
x a f x +-
σ=
发端发‘0’时，收到的2PSK 信号：
()2cos2PSK c S t a f t
π=
带通滤波器的输出时信号加窄带噪声：
()()()()cos2[]cos2sin2c i I c Q c a f t n t a n t f t n t f t πππ+=+-
上式与本地载波相乘后：
()()()()2cos2[]cos 2sin2cos2c i I c Q c c a f t n t a n t f t n t f t f t
ππππ+=+-
()()()111
[][]cos 4sin 4222I I c Q c a n t a n t f t n t f t
ππ=+++-
经低通滤波后：
()()
I x t a n t =+
所以x(t)的取样判决值的概率密度函数为：
(
)()2
221n
x a f x --
σ=
综上所述可画出概率密度函数曲线：
取样值概率密度函数示意图
当P(0)=P(1)时，最佳门限应选在两条曲线的交点处。即从图可看出最佳判决门效应为0.
所以发‘1’错判‘0’概率为：
()()(
)100/110/12
x
P f x d P erfc ∞
==
?
发‘0’错判‘1’的概率等于发‘1’错判‘0’概率
()(
)11/00/12
P P erfc ==
根据图4-3-3及上式可得2PSK 相干解调器的误码率公式为
()(
)11[01]2
2
e P erfc P P erfc =
+=
式中
22
/2n a r =σ
由Simulink 仿真图中display 输出的误码率可见：随着信噪比的降低，误码率是急剧上升的。
A. 信噪比为
10
误码率：
B.信噪比为50
误码率：
四、课程设计心得体会
通过理论学习，我了解到2PSK相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息的，而振幅和频率保持不变。并且通过对2PSK功率谱密度的分析和仿真，我更深刻的理解了二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK的十分相似，带宽也为基带信号带宽的2倍。区别仅在于当P=1/2时，其谱中无离散谱（即载波分量），联系通信电子电路中所学可以知道，此时2PSK 信号实际上相当于抑制载波的双边带信号。因此，它可以看作是双极性基带信号作用下的调幅信号。从仿真中可以看出在2PSK调制系统中由于存在信道干扰和码间干扰，会影响调制系统的性能，及存在一定的误码率，误码率与信噪比相关，当信噪比提高时。误码率下降。
此次课程设计，让我感受到了MATLAB中Simulink工作环境的强大功能和便利。在我为绘制并仿真出和理论吻合的波形高兴的同时也激发了我对这款仿真软件的兴趣。Simulik模块库按功能进行分为以下8类子库：Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables
（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。Simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simulink子模型库中包含了Continous、Discontinus等下一级模型库Continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。
对我来说，收获的最大的是加深了我对所学理论知识更加直观、深刻的理解，并且激发了我对所学知识极大的兴趣。在课设过程中，也让我更加注重能力的培养和方法的总结。通信原理这门课可以说是大学三年以来遇到的最难的课程，但是在陈老师的理论授课和杨老师的实践指引下，我渐渐对所学内容清晰明了起来，在脑海中能够慢慢描绘出架构，并且了解了Simulink 这样一个功能齐全，灵活好用的仿真环境。这次课设可能只是我更加深入学习专业课路上的一次小小起步，但却为我打开了一扇门，呈现了一片前所未有的风景。
当然，在课设过程中还遇到过一些问题。尤其是误码率居高不下，在通过对采样频率，滤波器特性等等因素的综合考虑和不断调整中，误码率总算有所降低。也让我更加直观地认识到影响误码率的因素和设计系统时所应该做的考虑和选择。
总之，希望以后有更多相关方面的引导和学习。其实在最初通信原理的学习过程中，我们就应该去尝试用Simulink搭建框图，进行一些系统的仿真和调试，定会对理论知识的学习更深一步。收获了学习方法和能力，在今后的学习过程中一定能够更加愉快和顺利。
五、参考文献
[1] 刘树棠译. 现代通信系统----使用Matlab. 西安: 西安交通大学出版社, 2001.
[2] 李建新等编著. 现代通信系统分析与仿真----Matlab通信工具箱. 西安: 西安电子
科技大学出版社, 2001.
[3] 李贺冰等编. Simulink通信仿真教程. 北京: 国防工业出版社, 2006.
[4] 罗卫兵等编著. systemview动态系统分析及通信系统仿真设计. 西安: 西安电子科
技大学出版社, 2001.
[5] 青松等编著. 数字通信系统的Systemview仿真与分析. 北京: 北京航天航空大学出
版社, 2001.
仿真测试系统 系统概述 FireBlade系统仿真测试平台基于用户实用角度，能够辅助进行系统方案验证、调试环境构建、子系统联调联试、设计验证及测试，推进了半实物仿真的理论应用，并提出了虚拟设备这一具有优秀实践性的设计思想，在航电领域获得了广泛关注和好评 由于仿真技术本身具备一定的验证功能，因此与现有的测试技术有相当的可交融性。在航电设备的研制和测试过程中，都必须有仿真技术的支持：利用仿真技术，可根据系统设计方案快速构建系统原型，进行设计方案的验证；利用仿真验证成果，可在系统开发阶段进行产品调试；通过仿真功能，还可对与系统开发进度不一致的子系统进行模拟测试等。 针对航电设备产品结构和研制周期的特殊性，需要建立可以兼顾系统方案验证、调试环境构建、子系统联调联试、设计验证及测试的系统仿真平台。即以半实物仿真为基础，综合系统验证、系统测试、设备调试和快速原型等多种功能的硬件平台和软件环境。 目前，众多研发单位都在思索着如何应对航电设备研制工作日益复杂的情况。如何采取高效的工程技术手段，来保证系统验证的正确性和有效性，是航电设备系统工程的重要研究内容之一，FireBlade 系统仿真测试平台正是在这种大环境下应运而生的。 在航电设备研制工程中的定位设备可被认为是航电设备研制工程中的终端输出，其质量的高低直接关系到整个航电设备系统工程目标能否实现。在传统的系统验证过程中，地面综合测试是主要的验证手段，然而，它首先要求必须完成所有分系统的研制总装，才能进行综合测试。如果能够结合面向设备的仿真手段，则可以解决因部分设备未赶上研发进度导致综合测试时间延长的问题。在以往的开发周期中，面向设备的仿真技术并没有真正得到重视： （1）仿真技术的应用主要集中在单个测试对象上，并且缺乏对对象共性的重用； （2）仿真技术缺乏对复杂环境与测试对象的模拟； （3）仿真技术的应用缺乏系统性，比如各个阶段中仿真应用成果没有实现共享，
3. EXata 智能仿真系统介绍 3.1 EXata 仿真系统概述及特点 EXata 是一套用来仿真大型有线网络和无线网络的完整平台。通过它先进的模拟和仿真技术，可以预测复杂的网络行为和性能表现，从而提高网络在设计、运营和管理方面的效率。 EXata可帮助用户解决一下几个方面的问题： 1）开发新技术： - 设计和开发新的网络技术：利用EXata 协议栈的OSI 型架构，来设计新的通信协议。 - 设计和开发与真实网络规模相当的无线网络：EXata 可以在双核或四核的计算机系统中评估具有成百上千个设备的大型无线网络。- 进行‘what-if’假设分析：分析网络的性能并予以优化。用户可以先设计网络，然后执行批量测试来验证网络在不同参数下的性能（例如不同的路由协议、不同的时段、和不同的发送功率等。 2）将EXata 仿真网络与现有的真实网络、网络业务和网络设备相连接： - 查看真实的业务在EXata 仿真网络上的执行情况：EXata 仿真平台上可以运行真实的网络业务，例如VoIP, 互联网浏览器，和流媒体视频，和在真实网络中没有任何区别。 - 在网络真正部署之前，利用仿真网络先进行充分的模拟练习：EXata 的出现，使得对尚处于设计中的新一代战术通信网络和通信设备进行精良的训练成为了可能。
3）利用业内通用的工具来分析和管理EXata 仿真网络： - 窥探数据包：EXata 带有一个sniffer 接口，可以允许第三方工具，如Wireshark 和微软的Network Monitor 来窥探/捕获来自EXata 仿真网络任何一个设备的数据包，并对其进行分析。这可让用户调试和 排查网络问题。 - 管理仿真网络：EXata 带有一个SNMP 代理，可以允许用户使用标准的SNMP 管理工具来查看、监控和控制EXata 仿真网络，就像管理真实网络一样。 EXata 仿真系统的突出优势有： 1）速度——实时仿真 EXata 支持实时仿真,可将不同的软件、硬件、网络行为引入系 统作半实物仿真。而在开发者或网络设计者进行‘what-if’ 假设分析时，则可以采用比实时更快的速度来做一系列模拟测试， 在短时间内完成对各种模型、网络和流量参数的评测和分析。 2）伸缩性——可模拟复杂的大型网络 以业界最先进的硬件和并行计算技术为后盾，EXata 可模拟上千个 节点的复杂大型网络。EXata可以运行在集群式计算系统（cluster）、多内核计算系统、或多处理器计算系统上，对大型网络进行精确的 仿真模拟。 3）精确性——丰富的高精度协议模型 EXata 拥有丰富的、经过精心设计的、符合标准的协议模型库，包 括许多先进的无线网络环境所需用到的模型，使用户可以更加精确
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注射机仿真系统软件设计与开发论文 注射机仿真系统软件设计与开发论文 摘要：文章介绍了注塑机的发展历史，及将注塑系统与虚拟制造技术相结合，采用OpenGL建立图形控制平台，3D数字化技术、多传感交互技术以及高分辨显示的科学可视化技术。通过生成三维逼真的虚拟场景，使用户与场景进行实时交互，感知和操作虚拟的注射机。 一、注塑机综述 （一）注塑机的原理 现以XS—ZY—250A型注塑机液压系统为例介绍注塑机的原理。该注塑机采用了液压—机械式合模机构。合模液压缸通过对称五连杆机构推动模板进行开模和合模。连杆机构具有增力和自锁作用，依靠连杆弹性变形所产生的预紧力来保证所需的合模力。系统通过比例阀对多级压力（指开合模、注射座前移、注射、顶出、螺杆后退时的压力）和速度（指开合模、注射时的速度）的控制，油路简单，使用阀少、效率高，压力及速度变换时冲击小，噪声低，能实现远程控制和程控，也为实现计算机控制创造了条件。注射过程主要分为如下几个过程：合模–注射座前进–注射–保压–预塑–注射座后退–开模–顶出–螺杆后退。 （二）注塑机的发展 从注塑机出现起，大多数的中小型注塑机锁模力只达到1000～5000kN，注射量达到50～2000g。到七十年代末期，工程塑料取得了飞速的发展，特别是在宇航、汽车、机械、船舶以及大型家用电器方面的广泛应用，使大型注塑机的发展取得了巨大的进步，其中美国最为明显。在1980年全美国市场上大约有140多台10000kN以上锁模力的大型注塑机，到了1985年增加到500多台。目前，当今
世界最大的注塑机是由日本名机公司制造的，其锁模力达到12万kN，注射量达到92kg。但是当前国内外尚无注塑机仿真系统软件的 开发与设计，只是单纯的注塑机优化设计，在教学与培训中只能有 昂贵的注塑机实体来进行。在注塑机仿真系统软件开发与设计领域，现在处于一片空白，塑料注射成型过程仿真集成系统是注射成形 CAE软件用来模拟、分析、优化和验证塑料零件和模具设计。所以 此软件的开发与设计具有广阔的前景。 （三）注塑机现状 注塑机是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。由于塑料制品广泛应用于各个邻域，使得注塑机和注塑模具的应用也越来越广泛。注塑加工过程是 一个周期性的生产过程，现代化的注塑机械大都采用计算机控制， 自动化程度高，机械设备费用昂贵，一套精密模具动辄耗费数十万元，而且实际生产中有高温、高压的工作环境，因而对生产线的操 作人员有严格要求。 不恰当的误操作，不仅会损坏机械设备和模具，为企业带来巨大的经济损失，同时也会危害到操作人员的身体健康，因而对注塑机 械的操作人员一定要进行严格的培训。传统的注塑机操作培训必须 在实际机床上进行，这既占有了设备加工时间，又具有风险。因此，要使学生了解注塑成型机的结构、操作流程和工艺过程，到实际的 注塑成型机上实习是不太现实的。 二、注塑机仿真软件的介绍 （一）基本思路及创新点 基本思路：该选题将注塑系统与虚拟制造技术相结合，采用OpenGL建立图形控制平台，采用3D数字化技术、多传感交互技术 以及高分辨显示的科学可视化技术。通过生成三维逼真的虚拟场景，使用户与场景进行实时交互，感知和操作虚拟注射机。 创新点：研制开发出能模拟真实操作环境的虚拟注塑成型系统。该系统将多媒体技术与程序控制技术相结合，运用三维软件建立注 塑机和注塑模具的三维模型，运用动画制作软件制作注塑成型过程
总第210期 0引言 高等职业院校铁道机械化维修技术专业主要面向铁路施工、地方铁路及铁路养路机械生产等企业，培养具备专业知识、基本技能等综合职业能力强、具有良好的职业道德、能够适应铁路等相关企业的发展需求的人才，这些技术人才在生产、管理、服务第一线，从事铁路大型养路机械设备的生产、安装、调试、操作、维护、维修及管理等工作。捣固车是主要的铁路大型养路机械，但由于其体积大、价格昂贵，在铁路线上操作危险性高，因此其模拟仿真系统的开发和研究显得尤为重要。 1系统概述 本系统采用仿真软件与实物操作设备相结合的方式，以仿真设备、影像、图形图像、声音以及可沉浸其中的虚拟现实场景为手段，逼真地再现DCL-32K 型连续式捣固车的操纵界面、操作显示设备、控制逻辑以及线路场景。系统所有电气、电子、机械、气动、液压系统的逻辑、关联关系与真实捣固车车辆一致，可以全面模拟捣固车车辆在各种运行环境下的运行状况、操作特性，如：标准化作业演练、YZ-1制动机实验演练、区间模拟驾驶演练、出车前检查虚拟仿真演练、非正常情况下行车仿真演练等系统，具有教学指导、教学管理和考核等功能。 整体系统是一种全新、经济实用的大型养路机械实训及考核系统，建设完成后可使学员在轻松、安全的环境下进行大型养路机械的各种学习、训练和考核，可以帮助各号位作业人员学习掌握大型养路捣固车的使用方法及操作技能。 2系统组成 2.1 系统硬件构成 系统硬件主要由前驾驶室司 机驾驶台、双通道投影系统、作业操作台、三号～五号工位作业实训终端、数据采集与控制装置、教员终端等六部分组成。2.1.1 前驾驶室司机驾驶台 操纵台上布置的按 钮、开关、指示灯、手柄、压力仪表、速度表、转速表、八色信号灯等，与真实机车的大小、外观、布局相一致，同时包含作业控制面板（各种仪表、指示灯、开关、按钮等）等必要的设备，且具备与实际机车上一致的显示内容、操作方式、分辨率、颜色、菜单结构、内部逻辑与功能，满足实训需求。 前司机室司机驾驶台作为二号工位，与一号、三号～五号工位作业人员配合进行施工作业演练。2.1.2 作业操作台 仿真DCL-32k 型连续式捣固 车一号位操作室按1∶1模式设计制造，作业操纵台包含工作控制面板、工作操作面板、气动系统面板、液压系统面板等设备，这些设备的大小、外观、布局、功能与真实DCL-32k 型捣固车上的设备一致。 作业操纵台上布置的按钮、开关、指示灯、液压阀手柄、压力仪表、速度表、转速表等控制按钮与真实机车的大小、外观、布局相一致，且具备与实际机车上一致的显示内容、操作方式、分辨率、颜色、内部逻辑与功能。模拟作业系统实训演练装置具有真实、直观、灵活、耐用、安全、可靠性等质量保证。 作业演练方案采用捣固车操作台与液晶显示系 捣固车模拟仿真系统的设计与开发 于凤丽 （辽宁轨道交通职业学院，辽宁 沈阳 110023） 摘 要：随着高速铁路的不断发展，需要大量从事铁路大型养路机械设备的生产、安装、调试、操作、维 护、维修及管理等工作的技术人才，而这些技术人才上岗前必须进行大型养路机械的操作培训。捣固车作为实践性强、操作标准要求高、设备占用空间大、价格昂贵且在铁路线上操作危险性较高的关键设备之一，采取模拟仿真操作训练显得尤为重要，因此必须进行模拟仿真系统的开发和研究。关键词：捣固车；模拟仿真；实训系统；标准化作业 Agricultural Equipment &Technology Vol.45№.2Apr .2019 第45卷第2期2019年4月 农业装备技术 59
装备仿真软件开发平台的设计与实现 侯春龙卫翔齐新战 （海军潜艇学院作战指挥系，青岛， 266071 ） 摘要：首先分析了当前装备仿真软件开发面临的主要问题，从开发者角度深入探讨了装备仿真软件的逻辑组成，确立了装备仿真软件开发平台的功能定位和特点，设计了开发平台的框架结构，阐述了开发平台主要组成部分的主要功能和技术实现。 关键词：装备仿真软件开发平台机理 作者简介：侯春龙（1976-），男，硕士，讲师，虚拟仿真 引言 武器装备仿真训练软件是为武器装备受训人员提供的，以武器装备操作使用、协同训练、保障支援等训练任务为基础的，在商业货架计算机软硬件平台上运行的，以操作训练为主要目的的计算机软件。该类软件通过对仿真对象的操作界面、内部逻辑的仿真，实现武器装备的操作训练功能。但这种训练软件的开发与研制面临着诸多问题：（1）缺乏统一的开发标准和规范导致仿真系统难以实现互操作，出现了大量“烟囱式”系统；（2）缺乏科学的工作流程导致开发周期长、质量不高；（3）复杂仿真系统往往涉及多个部门分布式开发，系统集成难度大，导致大量相似模块的重复开发；（4）在传统的建模仿真概念框架下建立的仿真模型难以在不同的仿真系统中应用，已开发的仿真模型升级维护难度大[1]。 所以开发一个功能全面、界面友好、通用性强的装备仿真软件开发支撑平台是十分必要和有意义的。 1.装备仿真开发平台的功能及特点 装备仿真软件开发平台是为各类仿真装备的操作界面和内部机理模型的开发、编译及运行管理而提供的一个可视化的支撑环境。区别于一般商用的大型复杂仿真开发平台，本开发平台具有以下特点： 1.1可视化 为简化和规范仿真软件开发过程，使专业人员无需深入了解复杂的编程语言代码，就能使用平台进行软件开发，可视化是最关键的特点之一。该平台将大量开发工作内容和流程进行梳理，形成规范化的操作界面和序列化的操作命令工具，屏蔽了开发工作中的繁枝缛节，因而大大简化了仿真软件开发的难度。 1.2简便性 本平台并未采取一体化集成方式，而是序列化工具组合方式。虽然前者的集成度高、组合性强，但过多功能集合在一个软件界面中，各种命令种类繁多，开发工作头绪复杂，不便调试和排错。序列化工具组合方式依照仿真软件的开发流程，在不同阶段提供相应的开发工具，使开发过程更明晰，流程更连贯，而且每种工具功能针对性很强，便于阶段性的开发和调试。 1.3开源性 为便于仿真软件的功能拓展和二次开发，平台对公共元件和模型计算部分的代码进行了开源设计。对前者的开源设计便于用户掌握常用标准元件的设计原理，并在此基础上开发具有特殊功能的自定义元件，提高元件的可重用性，扩充元件库。对模型计算的开源设计便于用户从程序员角度分析和调试代码，并在此基础上进行二次开发，提高仿真模型的可移植性和重用性。 1.4支持并行开发 利用该平台可同时进行人机界面开发、仿真模型开发和特殊元件开发，各部分的开发结果最后合并到装备仿真软件架构中，在该架构中对各开发模块进行关联校正、冗余剔除和排错处理。平台支持软件模块的多次合并重组和拆分，有利于加快开发进度、提高开发效率。 2.装备仿真软件的逻辑组成 2.1面板与场景 装备仿真训练系统开发可以分为界面设计、内部机理建模两大部分。人机界面可分
第４ ６卷第１２期 ２ ０１２年１２月上海交通大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶｏｌ．４６Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．２０１２ 收稿日期：２０１２－０７－ ２４基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３）项目（２００９ＡＡ０４Ｚ１５７ ）作者简介：王 芳（１９８７－） ，女，山东菏泽市人，硕士，主要研究方向为钢铁烧结过程碳效计算．吴 敏（联系人），男，教授，博士生导师，电话（Ｔｅｌ．）：０７３１－８８８３６０９１；Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｉｎ＠ｃ ｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 文章编号：１００６－２４６７（２０１２）１２－１９６７－ ０４＋１９７６可视化过程控制实时仿真系统设计与开发 王 芳， 吴 敏， 娄明山， 曹卫华 （中南大学信息科学与工程学院，先进控制与智能自动化湖南省工程实验室，长沙４１００８３）摘 要：针对复杂工业过程建模与仿真设计的特点和要求，设计并实现了一套面向典型过程控制的集组态、仿真和监控一体化的可视化实时仿真系统．系统结构主要包括前台用户操作、中间数据通信和后台仿真计算３部分，采用面向对象和模块化的设计思想，通过ＶＣ＋＋编程，将组态界面和原理界面与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型整合在一起，实现了工艺流程组态图和原理图的可视化、仿真计算、曲线显示和与外部ＰＬＣ实时通信等功能，可供控制系统的生产过程模拟、半实物实时仿真、参数设置以及工艺流程学习等过程使用．测试表明，所设计的系统操作简单，界面美观，通用性强，易于二次开发． 关键词：可视化过程控制；组态图；原理图；实时仿真中图分类号：ＴＰ ３１ 文献标志码：ＡＤｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐ ｍｅｎｔ ｏｆ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ＣｏｎｔｒｏｌＲｅａｌ－Ｔｉｍｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙ ｓｔｅｍＷＡＮＧ Ｆａｎｇ， ＷＵ Ｍｉｎ， ＬＯＵ Ｍｉｎｇ－ ｓｈａｎ， ＣＡＯ Ｗｅｉ－ｈｕａ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ，ａ ｓｕｉｔ ｏｆ ｖｉｓｕａｌ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂ－ｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｆｉｇ ｕｒａｔｉｏｎ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒ，ｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｕｓｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄ－ｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏｆ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｏｂｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉ－ｐｌｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｗｉｔｈ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｍｏｄｅｌ ｂｙ ＶＣ＋＋ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｕｓ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｇｒａｐｈ ａｎｄ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｃｕｒｖｅ ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＰＬＣ，ｅｔｃ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｅｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｒｅａｌｉｚｅ ｓｅｍｉ－ｐｈｙｓｉ－ｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｅａｒｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｍａｎｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈ ａｓ ｓｉｍｐｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｂｅａｕｔｉｆｕｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｓｔｒｏｎｇ ｃｕｒｒｅｎｃｙ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｇｒａｐｈ；ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 流程工业过程控制系统对象具有体积大、 污染大和能耗高等特点，具有多变量、强耦合和不确定性 等复杂特性，而且大多数工业系统开发都涉及编程、仿真和工控组态等多种软件，难以在实验室引进，限