为了给国内重力梯度仪的实物制造夯实理论基础, 该文主要研究了伞型全张量旋转加速度计重力梯度仪信号模拟的产生。通过半物理仿真实验模拟了伞型重力梯度仪的测量过程, 并对全张量重力梯度仿真系统进行性能测试。测试数据为MATLAB生成的理想状态下的伞型重力梯度仪三圆盘加速度计数据, 将该数据载入全张量重力梯度仿真系统中, 解调得到交叉和内联重力梯度分量, 经过线性运算得到测量坐标系下的全张量重力梯度值, 再进行坐标系转换, 得到平台坐标系下的重力梯度值。结果表明, 该仿真系统测量精度达到1E(1E=1×10-9 s-2)。

舰载**捷联惯导系统(SINS)初始对准的精度以及时间决定着**系统打击的准确性以及快速性。由于舰船航行环境复杂多变，舰载**捷联惯导系统利用舰船主惯导(MINS)提供的高精度导航信息进行牵引对准可以提高其对准的精度和速度，保证作战任务的顺利完成。对舰载**捷联惯导系统利用主惯导提供的导航信息进行牵引对准，并对其性能进行半物理仿真，然后利用牵引对准后捷联惯导系统的姿态跟踪主惯导姿态的精度来评价对准的性能。仿真结果表明，静态条件下，牵引传递稳定后，牵引传递造成的航向基准传递误差小于1.8′(0.03°)，姿态基准传递误差小于10.8″(0.003°); 动态条件下，牵引传递稳定后，牵引传递造成的航向基准传递误差小于2.4′(0.04°)，姿态基准传递误差小于10.8″(0.003°)。为后续各个作战平台牵引对准模型的建立提供一定的参考。

为模拟实战环境下半主动激光制导的目标回波能量, 设计并研制了注入式激光能量模拟设备。对激光制导能量传递过程及模拟技术进行研究。首先, 针对激光制导**工作过程, 建立了激光在大气中传输发生散射与衰减的模型, 并针对实战中存在的各种烟雾、降雨、干扰烟剂等进行建模仿真。接着, 设计了激光目标回波能量模拟器的总体方案, 选用DPS-A激光器和布儒斯特角薄膜偏振器模拟激光衰减过程。设计了光纤耦合与匀光准直系统。最后, 构建了激光制导半物理仿真系统, 分别进行了激光回波能量模拟实验、激光导引头标定与激光末制导试验。实验结果表明: 激光能量模拟误差小于30%,导引头线性角度范围内残差小于008°, 测角精度小于045 mrad, 末制导过程体视线角跟踪误差小于02°。该系统可模拟多种实战环境中激光能量传输情况, 且精度高, 能够满足激光制导半物理仿真要求。

机载激光雷达(LiDAR)扫描被测地形获得激光点云, 进而重建被测地形的三维图像。机载激光雷达测量过程中, 机载平台姿态角时刻发生波动, 其对激光点云密度分布及重建三维成像精度具有显著影响。为消除姿态角波动对激光雷达测量的不利影响, 设计了一套姿态角补偿装置, 包括机械结构设计和控制系统设计; 并搭建了半物理仿真实验系统, 编制了总控制软件使各子设备之间时间同步控制及数据采集, 实现了对机载激光雷达工作原理及姿态角补偿原理的实验仿真和补偿效果验证, 补偿后DSM高程精度的RMSE误差由3.50 mm以上减小到3.28 mm。实验结果表明, 搭建的半物理仿真实验系统可正确模拟机载激光雷达的工作过程, 设计的姿态角补偿样机对机载激光雷达点云产品质量有显著的补偿效果。

时间触发以太网(TTE)的交换设备采用中央监视进行通信完整性检查, 而对于具有网关的层次化TTE网络, 需要在网关处设置系统级的通信完整性保证机制。面向通用的远程现场网络拓扑结构, 设计了外部冗余物理链路和内部协议检查相结合的通信完整性检查网关, 并构建半物理仿真平台, 对设计实现进行了实验验证。仿真结果表明,该设计在充分利用设备级完整性检查功能的基础上, 兼容了两端网络的交换式传输机制, 有效地支持了系统级的故障隔离。

无人机(UAV)飞控系统地面半实物仿真平台用于对无人机飞控系统进行相关地面测试。针对某无人机飞行控制系统，提出了一种基于 MATLAB实时工作空间和 VxWorks实时操作系统的地面半实物仿真平台方案。针对无人机小扰动数学模型，构建了地面站上位机、控制器和模型机组成的实时系统闭环回路，对硬件及软件配置进行了说明，并设计了相关控制算法。该试验台可实时监测无人机系统状态，并可实时对模型注入扰动，实现系统在线调参。该半物理仿真平台结构简洁，功能明确，为相关控制律提供了便捷的研究设计手段。

传统车载激光惯导算法验证方式需要消耗大量的人力物力，而且算法性能的评估结果受各种外界因素影响较大，针对上述问题，提出基于实验室半物理仿真平台的激光惯导算法验证方法，并搭建了该仿真平台。研究表明，基于实验室半物理仿真平台的激光惯导算法验证方法相比传统算法验证方法具有快捷、简单、准确、客观等诸多优点。

随着小卫星功能需求不断提升, 小卫星同轨立体成像技术成为学者研究的焦点。针对某小卫星单线阵 CCD相机同轨立体成像期间的姿态控制半物理仿真展开研究。分析得出小卫星同轨立体成像过程中的姿态运行规律, 对同轨立体成像的姿态控制算法进行设计, 利用相似原理和姿态运行规律设计半物理仿真环境。基于高精度单轴气浮转台和星上部件建立小卫星立体成像姿态控制半物理仿真平台。利用该平台进行了同轨立体成像相关的姿态控制半物理实验。实验结果表明该小卫星立体成像过程中俯仰轴机动 52°, 用时 67 s完成, 且达到三轴稳定状态。姿态控制指向精度优于 0.05°, 稳定度优于 0.005 °/s。表明设计的小卫星姿控方案可以完成单线阵 CCD的同轨立体成像。

针对利用反作用飞轮作为执行机构的小卫星姿控系统,设计了基于xPC实时仿真环境、高精度单轴气浮转台、姿控计算机、光纤陀螺和反作用飞轮的卫星姿态控制系统半物理仿真实验平台,并利用该平台系统对使用反作用飞轮的小卫星姿态控制机动模式进行了半物理仿真验证,在50 s内使姿态机动了31.57°,且有较好的指向精度和稳定度。结果表明,根据光纤陀螺和反作用飞轮现有特性,用设计的姿态控制算法进行姿态机动能够满足控制系统性能指标。