1  绪论

1。1  研究背景

随着计算机的蓬勃发展，计算机仿真被航空航天，石油化工，生物工程，环境保护，经融商业等越来越多的行业采用，计算机仿真技术不仅仅用于简单的单个系统，甚至能运用于多个综合的复杂系统。而计算机的超级强大的计算能力可以解决一些数学手段无法解决或者由于计算复杂而需要大量计算量的问题，可以预演或再现系统的运行过程和运动规律，并对系统的稳定性进行分析，可以对无法试验的系统或试验成本昂贵的系统进行仿真分析，从而节省了大量的人力和资源。因此，由于计算机仿真的种种优越性，计算机仿真在外弹道的仿真中正越来越受到重视。

1。2  外弹道仿真的发展

1。2。1  外弹道学

    外弹道学是研究弹箭 在空中运动规律及总体性能的一门科学，它是以高等数学、理论力学、气体动力学等为基础的一门学科，其研究对象包括枪弹，炮弹，航弹，火箭及导弹等飞行体。其起源可以追溯到公元前四世纪亚里士多德时代，传统的外弹道学仅研究弹丸的运行规律，并负责简单的弹道设计及负责射表的编制。但随着现代战争的要求以及科学的进步，使得外弹道学在近二十年以来得到了蓬勃发展。外弹道研究是所有弹箭技术研究的基础，离开了弹道总体论证与设计，便不可能使该火力型号系统具备良好的弹道性能。外弹道学是建立在空气动力学、导弹飞行力学、运动稳定性、振动理论、多体系统动力学等力学基础之上；又依赖于现代控制论和计算技术的发展，并与测量技术密切相关。目前，它在弹道计算、飞行稳定性、扰动分析、散布理论、有控弹道、总体优化设计、实验技术及参数辨识等研究领域都十分活跃，提出了许多新课题，呈现出新的发展趋势[1]。

    在外弹道学计算中，要切实反应弹丸实际运动状态最重要的便是弹道模型以及气动参数的准确性，目前弹道模型已经日趋完善，从基本的将弹丸作为质点，忽略攻角仅考虑重力和阻力的质点弹道三自由度模型；发展到在质点弹道模型的基础上考虑升力、马氏力和弹丸攻角引起的诱导阻力的四自由度修正弹道模型，提高了计算精度，更加接近实际弹丸运动轨迹状态；再到包括质心运动的动力学方程、绕心运动的动力学方程和质心运动学方程的六自由度刚体弹道模型，刚体弹道模型很好的描述了弹丸实际运动姿态，能够更好地分析弹丸的稳定性，而且仿真结果更接近真实情况[2-6]。

    模型误差直接取决于气动系数的可靠性，为了进行复杂的流场计算，需要发展各种气动理论与计算方法，以期精准的捕捉激波和复杂的涡系流场变化，能够分辨非线性的表面及湍流问题，需要弄清楚复杂流场各种漩涡的产生和分离，并通过气动参数体现出来。论文网

    外弹道的发展除了涉及到弹道学的自身理论的发展，还与现代控制理论有关，通过现代控制最优理论与外弹道结合，设计最优弹道，用于解决导弹最优拦截问题，以及远程导弹的精准打击问题，而计算机技术的发展则解决了弹载计算机快速计算的问题，能够实时姿态监控，并对外部环境快速响应，通过伺服系统进行操控。

1。2。2  国内外外弹道仿真的发展

1。3  新兴软件仿真与传统仿真的区别

外弹道的仿真是为了研究无控弹等飞行体在标准气象条件或者特定简化条件下在空中的飞行姿态及稳定性，传统的外弹道仿真多采用高级计算机语言编程计算，并要经过代码编制及测试调整等复杂的过程，仿真的重点都在数学模型及算法的设计上，且仿真结果为数据形式不够直观，必须再经过专门的软件分析处理，耗费了大量的人力及精力，阻碍了仿真的技术的广泛应用。针对上述问题，相比于C++等计算机高级编程语言来说，Matlab中提供的Simulink仿真工具完美有效的解决了上述问题。Matlab是目前在国际上主要使用的科学与工程计算的软件，它以开始被开发出来的初衷是为了更简单、快捷有效的解决矩阵运算，但现在Matlab已经发展成为一种集数值运算、符号运算、数据可视化、图形界面设计、程序设计、仿真等多功能于一体的集成软件。其中Matlab提供的仿真平台Simulink，它提供了一个简单的可视化图形建模，将各种复杂的功能函数集成为简单的系统功能模块，无需编写大量的复杂代码就可以实现想要的功能，在Simulink标准库中有150多种不同种类的动态模型系统，适用于线性非线性系统、数字控制与数字信号处理、工程与非工程系统建模与仿真等领域。并且还拥有可扩充的预定义模块库以及交互式的图形编辑器，来组合和管理直观的模块图，以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。其可以很好的与C进行交互，可以使用S-函数来提高Matlab的计算速度不足的缺点，采用封装子系统的技术，可以自己根据需要创建功能模块，分割复杂的模型，使得系统具有层次性与较好的阅读性。