一种六自由度数学仿真模型的仿真系统及方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及数字仿真领域，更具体地说，涉及一种六自由度数学仿真模型的仿真 系统及方法。
【背景技术】
[0002] 在开展空中飞行仿真、水面水下航行仿真等各种仿真场合，都离不开被仿真对象 的数学模型。对于空中飞行仿真，需要建立飞行器仿真模型，对于水面或水下航行仿真，需 要模拟水面或水下航行器模型，这些被仿真对象，通常会包括对质心平动过程的模拟以及 对绕质心转动过程的模拟，质心平动过程需要通过三个自由度来模拟，绕质心转动过程需 要通过另外三个自由度来模拟，因此需要通过六个自由度来描述被仿真对象的运动过程。
[0003] 任何一个以六个自由度来描述的数学仿真模型，其基本原理都是依据牛顿运动定 律和刚体转动定律推导公式获得数学模型，在建模过程都需要获得作用在物体上的三个方 向的合力（对应三个自由度）和三个方向上的合力矩（对应另外三个自由度）。
[0004] 对于飞行器模型而言，作用在飞行器上的合力，除了有重力、推力，还有气动力，而 气动力与飞行器本体外形设计有很大关系，同样，作用在飞行器上的合力矩，除了有重力和 推力偏心引起的力矩外，还有气动力作用点不在质心上时引起的力矩，气动力矩也与飞行 器本体外形设计有很大关系，这些与气动外形相关的数据，称之为气动数据，同样的道理， 要描述水下航行器运动模型，也需要获得水下航行器的水动力数据。
[0005] 目前六自由度数学仿真模型在进行仿真时所需的源数据，如气动力数据、水动力 数据通常情况下需要通过插值法获取，即预先通过实验或计算工具获取多组源数据，进而 利用插值法确定当前仿真时步所需的源数据。为了保证仿真精度，需要事先保存足够多的 源数据在数据文件中，仿真效率低。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本申请提供一种六自由度数学仿真模型的仿真系统和方法，以提高仿 真效率。
[0007] 为了实现上述目的，现提出的方案如下：
[0008] -种六自由度数学仿真模型的仿真系统，包括：源数据在线计算模型、控制模型、 六自由度数学仿真模型以及仿真实验模型；
[0009] 其中，所述源数据在线计算模型用于向所述六自由度数学仿真模型输出所需的源 数据；
[0010] 所述控制模型用于向所述六自由度数学仿真模型输出所需的控制量；
[0011] 所述六自由度仿真数学仿真模型用于基于所述源数据和所述控制量进行六自由 度仿真，输出仿真结果；
[0012] 所述仿真实验模型用于利用所述仿真结果进行仿真实验，并比较实际仿真实验结 果和预设仿真实验结果是否一致；
[0013] 若否，则向所述源数据在线计算模型输出与比较结果对应的源数据更新指令，以 及向所述控制模型发送与比较结果对应的控制量调整指令；
[0014] 其中所述源数据更新指令用于控制源数据在线计算模型进行源数据的更新计算 操作；
[0015] 所述控制量调整指令用于控制所述控制模型进行控制量调整操作。
[0016] 优选的，所述源数据在线计算模型包括：
[0017] 第一指令接收单元，用于接收所述仿真实验模型发送的源数据更新指令；
[0018] 计算单元，用于基于所述源数据更新指令对所述源数据在线计算模型的模型参数 进行调整，并利用调整后的模型参数对源数据进行更新计算；
[0019] 第一输出单元，用于向所述六自由度数学仿真模型输出源数据。
[0020] 优选的，所述控制模型包括：
[0021] 第二指令接收单元，用于接收所述仿真实验模型发送的控制量调整指令；
[0022] 控制量调整单元，用于向所述六自由度数学仿真模型输出与所述控制调整指令对 应的控制量。
[0023] 优选的，所述仿真实验模型包括：
[0024] 数据接收单元，用于接收所述六自由度数学仿真模型的仿真结果；
[0025] 实验单元，用于利用所述仿真结果进行仿真实验，获取实际仿真实验结果；
[0026] 比较单元，用于比较实际仿真实验结果和预设仿真实验结果是否一致，输出比较 结果；
[0027] 指令输出单元，用于当比较结果不一致时，向所述源数据在线计算模型输出与比 较结果对应的源数据更新指令，以及向所述控制模型发送与比较结果对应的控制量调整指 令；
[0028] 其中所述源数据更新指令用于控制源数据在线计算模型进行源数据的更新计算 操作；
[0029] 所述控制量调整指令用于控制所述控制模型对输出的控制量进行调整。
[0030] -种六自由度数学仿真模型的仿真方法，包括：
[0031] 基于源数据在线计算模型输出的源数据以及控制模型输出的控制量进行仿真，输 出仿真结果；
[0032] 利用所述仿真结果进行仿真实验，判断实际仿真实验结果和预设仿真实验结果是 否一致；
[0033] 若否，则基于比较结果输出源数据更新指令以及控制量调整指令，以控制所述源 数据在线计算模型对源数据进行更新计算，以及控制模型对控制量进行调整，直至实际仿 真实验结果和预设仿真实验结果一致。
[0034] 优选的，所述源数据在线计算模型对源数据进行更新计算，包括：
[0035] 接收所述源数据更新指令；
[0036] 基于所述源数据更新指令对所述源数据在线计算模型的模型参数进行调整；
[0037] 利用调整后的模型参数对源数据进行更新计算。
[0038] 经由上述技术方案可知，本申请公开了一种六自由度数学仿真模型的仿真系统及 方法。该系统包括：源数据在线计算模型、控制模型、六自由度数学仿真模型以及仿真实验 模型。其中，源数据在线计算模型和控制模型分别用于输出六自由度数学仿真模型仿真所 需的源数据和控制量。进而，六自由度数学仿真模型利用源数据和控制量进行仿真，并输出 仿真结果。仿真实验模型利用仿真结果进行仿真实验，并比较实际仿真实验结果和预设仿 真实验结果是否一致，若不一致，将比较结果输入给源数据在线计算模型的控制模型，以对 源数据在线计算模型和控制模型的模型参数进行调整，从而完成对源数据的更新和控制量 的调整。与现有技术相比，可根据实际仿真实验结果和预设仿真实验结果的差别，在线对六 自由度数学仿真模型所需的源数据和控制量进行更新和调整，无需预先通过实验或计算工 具获取多组源数据，提高了仿真效率。
【附图说明】
[0039] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0040] 图1示出了本发明一个实施例公开的一种六自由度数学仿真模型的仿真系统的 结构示意图；
[0041] 图2示出了本发明另一个实施例公开的一种六自由度数学仿真模型的仿真系统 的结构示意图；
[0042] 图3示出了本发明另一个实施例公开的一种六自由度数学仿真模型的仿真方法 的流程示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044] 参见图1示出了本发明一个实施例公开的一种六自由度数学仿真模型的仿真系 统的结构示意图。
[0045] 由图1可知，该系统包括：源数据在线计算模型1、控制模型2、六自由度数学仿真 模型3以及仿真实验模型4。
[0046] 其中，源数据在线计算模型用于计算并输出六自由度数学仿真模型仿真所需的源 数据，如在进行飞行器仿真时所需的气动力数据和在进行水下航行器仿真时所需的水动力 数据。
[0047] 需要说明的是，该源数据在线计算模型的建立与仿真实验模型的仿真实验要求有 关。
[0048] 假设某个仿真实验要求一个飞行器目标按照预定轨迹进行匀速飞行，供该仿真实 验模型的目标跟踪设备对该目标进行跟踪，仿真实验的要求是飞行器能够进行匀速飞行， 或者按照某个飞行速率进行变化，也就是#
(常数）则可以建立一个源数 据在线计算模型，按照以下公式进行搭建
[0049] Pcosacosβ-X-mgsinΘ=C
[0050] 则源数据X的计算公式为
[0051] X=Pcosacosβ-mgsinΘ-C
[0052] 其中，上述公式中的各个参数与仿真对象有关，在此不--介绍。
[0053] 控制模型用于向六自由度数学仿真模型输出仿真所需的控制量。
[0054] 所述六自由度数学仿真模型与所述源数据在线计算模型和控制模型相连，用于获 取源数据在线计算模型输出的源数据以及控制模型输出的控制量，并基于获取的源数据和 控制量进行六自由度仿真，输出仿真结果。
[0055] 所述仿真实验模型分别与所述源数据在线计算模型、所述控制模型和所述六自由 度仿真模型相连。所述仿真实验模型用于接收所述六自由度数学仿真模型的仿真结果，依 据所述仿真结果进行仿真实验，并比较实际仿真实验结果和预设仿真实验结果是否一致， 若不一致则输出与比较结果相对应的源数据更新指令和控制量调整指令，以控制源数据在 线计算模型重新计算输出六自由度数学仿真