本書面向武器裝備試驗鑒定領域的建模與仿真應用需求，針對數字孿生技術在戰場復雜電磁環境建模與仿真中的應用問題，構建了數字孿生驅動的戰場復雜電磁環境建模與仿真的方法體系，包括數字孿生戰場結構設計、仿真系統抽象描述、戰場射頻環境建模、戰場紅外環境建模、戰場環境數據同化、數字孿生戰場仿真運行方法等，詳細講解了如何設計數字孿生驅動的戰場復雜電磁環境仿真模型,以及如何開發、運行數字孿生戰場電磁環境仿真模型，每部分內容都給出了相關領域的應用案例。本書從建模與仿真的角度出發，研究了數字孿生技術的實現方法問題，可供作戰仿真、模擬訓練、裝備試驗鑒定等方面的專業技術人員學習參考，也可作為軍事仿真高年級本科生和研究生“軍事建模與仿真”相關課程的教學或參考用書。
王鵬，畢業于國防科技大學，分別于2012年、2014年、2018年獲得仿真工程專業學士、系統仿真專業碩士和博士學位，國防科技大學系統工程學院軍事建模與仿真系副教授、青年學術骨干，兼任中國仿真學會專委會委員、中國自動化學會系統仿真專業委員會委員。主要從事裝備試驗、數字孿生、戰場環境仿真等方面研究，2019年入選中國科協青年人才托舉工程國家級人才計劃。作為核心骨干成員，擔任國家某科技協同創新重大示范工程主任設計師，先后參與科研項目十余項，并參與多個建模與仿真相關標準的制修訂工作。近三年來以第一作者身份發表學術論文18篇，其中SCI論文4篇、EI論文7篇，獲會議優秀論文獎3項。
目 錄
第1章 基本概念 001
1.1 建模與仿真 001
1.1.1 基本定義 001
1.1.2 仿真分類 003
1.1.3 技術體系 007
1.1.4 仿真過程 009
1.1.5 軍用仿真 011
1.2 戰場電磁環境相關概念 017
1.2.1 戰場環境 017
1.2.2 戰場電磁環境 021
1.2.3 戰場電磁環境構設 024
1.3 裝備試驗 026
1.3.1 基本概念 026
1.3.2 極限邊界條件 033
1.3.3 性能試驗 034
1.3.4 作戰試驗 035
1.3.5 外軍裝備試驗 042
1.3.6 仿真與裝備試驗 045
1.3.7 靶場數字化 048
1.3.8 發展歷程與趨勢 050
1.4 數字孿生 055
1.4.1 基本內涵 055
1.4.2 概念辨析 056
1.4.3 典型特征 059
1.4.4 技術需求 060
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第2章 數字孿生戰場 063
2.1 需求分析 063
2.1.1 發展現狀 063
2.1.2 技術問題 065
2.1.3 應用需求 066
2.2 功能定位 068
2.2.1 主要功能 069
2.2.2 應用前景 070
2.2.3 應用目標 071
2.2.4 體系結構 072
2.3 孿生驅動試驗 075
2.3.1 基本概念 075
2.3.2 主要內容 076
2.3.3 基本原理 077
2.3.4 對比分析 078
2.3.5 方法分類 079
2.4 運行模式 080
2.4.1 云邊協同運行 080
2.4.2 虛實結合運行 083
2.4.3 一體化運行管控 086
2.5 公共基礎環境 090
2.5.1 環境構設需求 090
2.5.2 大氣仿真服務 093
2.5.3 空間仿真服務 096
2.5.4 地形仿真服務 097
第3章 仿真系統設計 105
3.1 基本組成要素 105
3.1.1 戰場環境模型 105
3.1.2 測量模型 106
3.1.3 測量數據 106
3.1.4 仿真狀態 107
3.1.5 狀態轉移PDF 107
3.1.6 相似性PDF 107
3.2 信息交互描述 108
3.2.1 狀態信息 108
3.2.2 行為信息 108
3.2.3 控制信息 109
3.3 仿真系統描述 109
3.3.1 戰場環境模型集 110
3.3.2 真實戰場狀態參數 111
3.3.3 真實戰場控制參數 111
3.3.4 外部因素參數 111
3.3.5 輸入/輸出關系 112
3.4 軟件組成要素 112
3.4.1 組件化建模方法 113
3.4.2 傳感器接口組件 114
3.4.3 調度組件 115
3.4.4 仿真劇情管理組件 115
3.4.5 仿真運行組件 118
3.4.6 仿真分析組件 118
3.4.7 數據同化組件 119
3.4.8 行動管理組件 119
3.4.9 執行器接口組件 120
3.5 仿真系統分類 120
3.5.1 分類方法 120
3.5.2 決策支持 122
3.5.3 預測分析 124
3.5.4 模型校正 125
3.5.5 異常檢測 128
3.5.6 狀態識別 128
3.6 動態觸發與初始化 130
3.6.1 動態觸發 130
3.6.2 動態初始化 133
第4章 射頻環境建模 136
4.1 分類與計算 137
4.1.1 射頻仿真分類 137
4.1.2 仿真計算方法 137
4.2 射頻信號建模 138
4.2.1 建模需求 138
4.2.2 模型結構 138
4.3 目標截面積建模 143
4.4 信號傳播代理 144
4.4.1 功能需求 144
4.4.2 交互過程 145
4.4.3 模型實現 147
4.5 射頻效應建模 152
4.5.1 效應類型 152
4.5.2 建模方法 153
4.5.3 極化建模 156
4.5.4 大氣吸收損耗效應建模 158
4.5.5 大氣折射效應建模 161
4.5.6 雜波效應建模 163
4.5.7 多路徑與衍射效應建模 170
4.6 通用電子干擾模型 182
4.6.1 基本原理 183
4.6.2 模型組成 186
4.6.3 干擾模式 200
4.6.4 典型干擾手段建模 201
第5章 紅外環境建模 206
5.1 模型構成 206
5.1.1 紅外探測器模型 207
5.1.2 發射器/反射器模型 208
5.1.3 光電/紅外環境模型 208
5.2 輻射源建模 209
5.2.1 可見光/相機成像 211
5.2.2 微光成像 212
5.3 多頻譜目標特性建模 214
5.3.1 幾何特性建模 215
5.3.2 溫度特性建模 215
5.3.3 反射特性建模 216
5.3.4 輻射特性建模 218
5.4 靶場背景環境建模 219
5.4.1 地面背景 219
5.4.2 天空背景 220
5.5 大氣輻射傳輸模型 222
5.5.1 大氣吸收 223
5.5.2 大氣散射 225
5.5.3 大氣湍流 226
5.5.4 計算流程 227
5.5.5 計算模型 229
5.6 場景合成 238
5.6.1 計算流程 238
5.6.2 基本原理 240
5.6.3 圖像合成 241
第6章 戰場環境數據同化 244
6.1 仿真的不確定性 244
6.1.1 不確定性的內涵 244
6.1.2 不確定性的傳遞 245
6.1.3 不確定性的來源 246
6.2 數據同化概述 246
6.2.1 數據同化的定義 246
6.2.2 數據同化的用途 246
6.2.3 數據同化的目標 247
6.2.4 數據同化的意義 247
6.2.5 主要算法 247
6.3 隨機有限集 250
6.3.1 基本概念 250
6.3.2 概率假設密度 251
6.3.3 優越性分析 251
6.4 基于隨機有限集的數據同化 254
6.4.1 基于RFS的測量模型 255
6.4.2 基于RFS的仿真模型 258
6.4.3 數據同化的基本原理 260
6.5 數據同化的數值計算 264
6.5.1 現有計算方法分析 264
6.5.2 基于高斯混合的計算方法 265
6.5.3 在線數據驅動的計算方法 274
6.6 應用案例一：雷達模型在線校正 280
6.6.1 公式推導 281
6.6.2 PDF生成 283
6.6.3 實驗驗證 286
6.6.4 實驗結果 288
6.7 應用案例二：戰場地形在線學習 290
6.7.1 相關模型 290
6.7.2 學習算法 292
6.7.3 實驗驗證 295
第7章 仿真系統運行 298
7.1 仿真互操作 299
7.1.1 概念內涵 299
7.1.2 形式化描述 302
7.1.3 實現途徑 306
7.2 仿真中間件 309
7.2.1 基本概念 309
7.2.2 分類方法 311
7.2.3 基本特征 312
7.2.4 接入方式 313
7.3 仿真標準 316
7.3.1 DIS 316
7.3.2 HLA 319
7.3.3 TENA 325
7.3.4 對比分析 336
7.4 通信基礎 339
7.4.1 通信需求 341
7.4.2 通信模式 342
7.4.3 分布式數據分發服務 344
7.4.4 通用黑板機制 353
7.4.5 其他通信機制 357
7.5 高效并行仿真 358
7.5.1 典型模式 359
7.5.2 基本原理 360
7.5.3 典型工具 363
7.5.4 核心算法 365
7.6 異構集成網關 367
7.6.1 功能組成 368
7.6.2 設計開發 369
7.6.3 運行流程 371
7.6.4 實裝集成 372
7.7 時間管理 373
7.7.1 時間定義 373
7.7.2 應用需求 374
7.7.3 解決方案 374
7.7.4 內同步 377
7.7.5 外同步 382
7.8 系統設計估算 389
7.8.1 估算情景一 389
7.8.2 估算情景二 392
7.8.3 估算情景三 395
7.8.4 網絡需求估算 397
7.8.5 硬件總體分析 399
7.8.6 估算的偏差分析 400
7.9 仿真系統QoS 401
7.9.1 QoS策略的確定方法 401
7.9.2 仿真系統QoS的原理 403
7.10 系統實現 408
7.10.1 不同網絡架構的對比 409
7.10.2 戰場環境仿真系統架構 409
7.10.3 系統組成 411
7.10.4 系統運行流程 411
參考文獻 413
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