系统建模与仿真的校核.验证与确认

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出版者:国防科技大学出版社
作者:廖瑛
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2006-9-1
价格:35
装帧:简裝本
isbn号码:9787810993272
丛书系列:
图书标签:
  • 系统建模
  • 系统仿真
  • 模型校核
  • 模型验证
  • 模型确认
  • 建模与仿真
  • 系统工程
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具体描述

现代光学系统设计与优化 本书聚焦于现代光学系统,从基础理论到实际应用,系统地阐述了光学系统的设计、分析、优化以及性能评估的全过程。全书内容涵盖了光学设计的基础光学原理、成像理论,深入探讨了各类光学元件(如透镜、反射镜、衍射元件)的设计与制造公差分析,并结合先进的仿真工具,详细介绍了光学系统的像差校正、公差分析和系统集成技术。 第一章:光学系统设计基础与发展脉络 本章首先回顾了光学工程领域的发展历史,从早期的折射望远镜到现代的精密成像系统,概述了光学系统在科学研究、工业制造、生物医学和信息技术等领域的广泛应用。接着,详细阐述了光在介质中传播的基本定律,包括几何光学和波动光学的基本概念。重点介绍了光线追迹、光束传播矩阵法(ABCD矩阵)在简单光学系统分析中的应用。随后,深入讨论了理想光学系统的基本构成要素,如物方空间、像方空间的概念,以及不同光学系统(如开普勒望远镜、伽利略望远镜、显微镜物镜)的成像特性与局限性。本章的难点在于建立起对光学系统性能指标的初步认识,如数值孔径、视场角、放大倍率和工作距离的相互制约关系。此外,还引入了现代光学设计软件(如Code V, ZEMAX等)的基本操作界面和工作流程,为后续章节的深入分析奠定基础。 第二章:成像质量与像差理论 本章是理解光学系统性能的核心。首先,系统讲解了成像质量的量化描述,包括调制传递函数(MTF)、点扩散函数(PSF)和能量分布函数(Encircled Energy)。详细解释了如何通过这些指标来评估光学系统的分辨率和对比度。随后,深入剖析了五大几何像差:球差、彗差、像散、场曲和畸变。对于每一种像差,都给出了其数学表达式、产生原因以及在不同系统(如大相对孔径系统、大视场系统)中的具体表现形式。 本章的核心内容是像差的校正技术。系统性地介绍了如何利用非球面、衍射光学元件(DOE)和自由曲面来矫正传统球面系统难以消除的像差。特别地,对消色差和复消色差的设计原理进行了详细论述,包括使用不同折射率和阿贝数的玻璃组合来控制色散。本章还扩展讨论了现代光学系统中常见的光阑(Aperture Stop)和场阑(Field Stop)的确定及其对系统性能的影响。 第三章:先进光学元件的设计与制造 本章将理论设计与实际制造工艺紧密结合。首先,详细讨论了各类透镜的结构设计,包括单片透镜、胶合透镜组和复杂的变焦系统。对不同材料(玻璃、塑料、晶体)的光学特性及其适用范围进行了对比分析。 随后,重点转向了非球面透镜和反射镜的设计。阐述了标准二次曲面、椭球面、双曲线面的数学定义及其在消除球差中的作用。针对更复杂的自由曲面,本章介绍了基于Zernike多项式和Tchebychev多项式描述的曲面设计方法,以及如何通过优化算法迭代出最佳的曲面形状。 在制造方面,本章简要介绍了精密光学元件的加工技术,包括CNC磨抛、磁流变抛光(MRF)和离子束抛光。同时,强调了涂层技术在光学系统中的关键作用,包括减反射膜(AR Coating)、高反膜(HR Coating)和分色膜的设计原理与优化。 第四章:公差分析与系统集成 任何实际制造的光学系统都不可避免地存在误差。本章专注于如何量化和控制这些误差。首先,详细讲解了制造公差对光学性能的影响,包括元件的位置公差(平移、倾斜)和元件自身的表面精度公差(面形误差、表面粗糙度)。引入了敏感度分析的方法,以确定设计中对哪些参数的控制最为关键。 本章的核心是蒙特卡洛仿真分析。通过建立随机误差模型,模拟大量实际制造的系统,评估系统MTF、有效焦距等关键参数的概率分布。在此基础上,提出了系统集成策略,包括元件的装配流程、定位机构的设计以及在测试环节中如何进行系统级误差补偿(如利用元件的倾斜或移位进行微调)。本章还讨论了系统热稳定性和机械环境对光学性能的影响及其设计对策。 第五章:特定领域光学系统案例分析 本章通过选取几个具有代表性的工程应用案例,展示前述理论和方法的实际应用。案例包括: 1. 高分辨率显微成像系统:分析了深紫外(DUV)光刻物镜中的复杂像差校正技术,重点讨论了浸没式物镜的设计挑战与性能提升。 2. 红外遥感系统:介绍了离轴三反(Off-axis Three-Mirror Anastigmat, O3MA)系统的设计原理,分析了其在大视场、无遮拦的优势,以及在热辐射环境下如何保证系统稳定。 3. 消费电子中的光学传感器:以手机摄像头模组为例,分析了紧凑型光学系统的体积限制、塑料镜片的设计与注塑公差管理。 4. 激光传输与光束整形系统:探讨了如何设计扩束准直系统和波前整形器,以实现高能量密度和精确的光斑质量控制。 通过这些案例,读者能够深入理解在不同约束条件下,光学工程师如何综合运用设计、分析和优化工具,最终实现高性能光学系统的目标。 第六章:前沿技术与未来展望 本章对光学系统设计领域的最新发展趋势进行前瞻性探讨。内容包括:计算光学成像的兴起,如利用深度学习进行图像重建和逆向设计;超表面(Metasurface)在实现超薄、超轻光学元件中的潜力与挑战;以及自适应光学技术在实时补偿大气湍流和系统误差中的应用。本章旨在激发读者对未来光学工程创新方向的思考。

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当我拿到这本书,我脑海中首先浮现的是“验证”与“确认”这两个概念在工程领域中的重要性。它们往往是项目成功的关键,但也是最容易被忽视或处理不当的部分。这本书,从书名来看,似乎就直击了这个痛点。我迫不及待地翻阅,想看看作者是如何系统地阐述这两个概念的。我惊喜地发现,作者并没有仅仅将“验证”和“确认”作为独立的章节来论述,而是将它们融入到了整个系统建模和仿真的流程中。在介绍模型构建的初期,就已经提到了“需求分析”和“用例定义”,这其实就是“确认”的早期阶段,确保模型能够满足实际需求。而在模型完成之后,关于“验证”的部分,作者详细介绍了各种定量和定性的验证方法,从简单的参数检查到复杂的敏感性分析,再到与实验数据的对比。我尤其欣赏书中关于“验证指标的选择”这一部分的讲解,作者列举了多种常用的验证指标,并分析了不同指标的适用性,以及如何根据项目目标来选择最合适的指标。这避免了许多读者在实际工作中可能遇到的“不知道用什么指标好”的困境。此外,书中还探讨了“模型的局限性”和“不确定性分析”,这对于使用者正确理解仿真结果至关重要。作者强调,任何模型都是对现实的一种简化,理解并量化这种简化带来的不确定性,是做出正确决策的前提。这本书的论述方式,让“验证”和“确认”不再是枯燥的理论,而是贯穿整个仿真过程的、实用的工具。

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这本书的纸张质感温润,拿在手里有沉甸甸的分量,这往往预示着内容的厚重。我对于“校核”这一概念在工程实践中的意义,一直有着深刻的体会。它意味着对已经建立的模型进行严格的审查,确保其正确性。这本书在“校核”部分的论述,完全超出了我的预期。作者并没有仅仅停留在概念层面,而是详细阐述了多种具体的校核方法。我印象特别深刻的是关于“模型一致性检查”的章节,作者介绍了几种自动化和半自动化的方法,用于检测模型内部是否存在逻辑矛盾、数据类型不匹配等问题。这对于大型复杂系统模型来说,能够极大地提高校核效率,减少人为错误。此外,书中还详细讨论了“模型基准测试”的重要性,作者解释了如何选取合适的基准,并如何通过与已知数据或简化模型的对比来评估模型的准确性。我尤其欣赏书中关于“专家评审”的章节,作者强调了领域专家的经验在模型校核中的不可替代性,并提供了一些指导性的原则,如何有效地组织和引导专家评审过程。这本书对于任何希望确保其建模工作严谨可靠的工程师来说,都是一本必不可少的参考书。

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这本书的装帧设计非常用心,书脊的弧度、封面的质感,都透露出一种匠心。我一直对“系统工程”的理念深感着迷,它强调的是整体性和协同性。这本书,从书名来看,似乎是将这种理念贯穿于“建模”、“仿真”、“校核”、“验证”、“确认”的整个过程。在书中,我找到了对“建模”和“仿真”之间关系的深入阐述。作者指出,模型是仿真的基础,但仿真却是检验和丰富模型的手段。我尤其对书中关于“仿真驱动的建模”的章节印象深刻,作者解释了如何在仿真过程中,根据仿真结果的反馈,不断优化和完善模型,使其更加贴近真实系统。这是一种迭代式的、动态的建模过程。此外,书中还探讨了“仿真结果对系统设计的反哺作用”,作者强调了仿真不仅仅是验证设计,更重要的是能够指导和优化设计。我从中学习到了如何利用仿真来探索不同的设计方案,发现潜在的风险,并找到最优的设计参数。这本书为我提供了一个完整的系统工程方法论,将建模、仿真、验证、确认等各个环节有机地结合起来。

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这本书的封面设计相当朴实,没有那种花哨的插画或者夺人眼球的标题,这让我一开始对它的内容有些许犹豫。但我知道,很多时候,真正有价值的书籍恰恰会选择这种低调的姿态。当翻开第一页,我便被一种严谨而清晰的逻辑所吸引。作者似乎花费了大量精力来构建一个知识体系,让读者能够循序渐进地理解那些看似复杂的技术概念。我特别欣赏其中关于“建模”部分的阐述,它不像我之前读过的其他书籍那样,只是简单罗列各种建模方法,而是深入剖析了不同建模方法的适用场景、优缺点以及在实际工程中如何进行选择。书中列举的案例也并非凭空捏造,而是来源于真实的工业项目,这使得理论知识与实践应用之间的距离大大缩短。我尤其对其中关于“如何将抽象的物理现象转化为数学模型”的章节印象深刻,作者用图文并茂的方式,详细讲解了从问题定义、变量选取、方程建立到模型验证的整个流程,即使是对建模新手来说,也能够清晰地理解。而且,书中在讲解过程中,并没有回避一些难点和易错点,反而用“注意事项”、“常见误区”等小节来提示读者,这无疑是作者丰富经验的体现,也大大节省了读者自己摸索的时间。另外,我发现作者在引用的参考文献方面也做得非常扎实,这足以证明其研究的深度和严谨性。这本书的语言风格也很有特点,既有学术的严谨,又不失通俗易懂的表达,不会让读者产生距离感。对于任何希望在系统建模领域打下坚实基础的读者来说,这本书绝对是一份宝贵的财富。

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当我翻开这本书,我仿佛进入了一个严谨的学术殿堂。关于“系统建模”的部分,作者以一种非常系统化的方式,为我揭示了构建可靠模型的奥秘。我尤其被书中关于“模型复杂度管理”的章节所吸引。作者深入浅出地解释了为什么过度复杂的模型会带来计算效率低下和难以理解等问题,同时,也指出了过度简化的模型可能无法捕捉系统的重要特征。书中提供了一套清晰的指导方针,帮助读者根据问题的性质和分析的目的,来选择恰当的模型复杂度。我印象深刻的是,作者通过大量的图示和实例,生动地展示了如何从不同的角度对系统进行建模,比如从功能角度、从结构角度、从行为角度等,并详细阐述了不同建模视角之间的联系和区别。这本书让我认识到,建模不仅仅是技术活,更是一种艺术,需要深刻的理解和周密的思考。

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这本书的扉页写着“献给所有追求真理的工程师”,这句话让我肃然起敬。我一直认为,“验证”是科学严谨性的基石。这本书在“验证”方面的论述,可谓是面面俱到。我尤其被书中关于“数学验证”的章节所吸引。作者详细介绍了如何从数学上推导模型的正确性,以及如何利用已有的理论知识来审视模型的合理性。这对于那些依赖于数学模型的仿真来说,至关重要。此外,书中还深入探讨了“物理验证”的方法,作者介绍了如何通过实验来获取真实数据,并如何将实验数据与仿真结果进行对比,以评估模型的准确性。我特别欣赏书中关于“实验设计”的指导,作者强调了实验设计的重要性,以确保实验数据的质量和代表性,从而避免因实验设计不当而导致的验证偏差。书中还涉及到了“场景验证”和“边界条件验证”,这使得验证工作更加全面和细致。总而言之,这本书在“验证”这一环节,展现了其深刻的专业知识和实践经验。

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这本书的文字清晰,图片精美,阅读起来是一件非常愉悦的事情。对于“仿真”这个概念,我一直以来都将其视为一种强大的工具,但如何用好它,却是一门学问。这本书,在“仿真”的论述上,让我耳目一新。作者不仅仅停留在介绍仿真技术本身,而是深入探讨了“仿真策略”的制定。我尤其被书中关于“如何根据仿真目的选择仿真类型”的章节所打动。作者详细对比了离散事件仿真、连续时间仿真、Agent-based仿真等多种仿真范式的特点和适用场景,并提供了一套实用的决策框架,帮助读者根据问题的具体需求,选择最合适的仿真技术。此外,书中还详细阐述了“仿真结果的鲁棒性分析”,作者强调了在仿真过程中,需要考虑输入参数的扰动、模型的随机性等因素,并提供了相应的分析方法,以评估仿真结果的可靠性。这本书让我认识到,有效的仿真,需要深思熟虑的规划和严谨的执行。

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这本书的封面颜色是一种沉静的蓝色,传递出一种专业和可靠的信号。我一直认为,科学研究和工程实践的最终目的,是为了解决实际问题,而“确认”正是连接理论与实践的桥梁。这本书对“确认”的论述,给我带来了全新的视角。我惊喜地发现,作者将“确认”的范围扩展到了整个系统生命周期。在项目早期,通过用户访谈、需求调研来“确认”需求是否正确;在模型开发过程中,通过原型演示、用户反馈来“确认”模型是否符合用户期望;在仿真运行后,通过实际系统运行结果来“确认”仿真模型的预测能力。我尤其赞赏书中关于“确认偏差”的探讨,作者分析了可能导致确认偏差的各种因素,如认知偏差、数据偏差等,并提供了相应的应对策略。这对于保证仿真结果的客观性和可靠性至关重要。此外,书中还强调了“沟通”在确认过程中的重要性,作者详细介绍了如何与不同的利益相关者进行有效的沟通,以确保他们对模型的理解和接受。这本书让我认识到,“确认”不仅仅是技术层面的验证,更是一种管理和沟通的艺术。

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这本书的书页散发出一种淡淡的油墨香,让人联想到那些埋头苦读的日子。我最先被吸引的是关于“仿真”的章节。在现代工程领域,仿真已经成为不可或缺的工具,但如何有效地利用仿真,使其真正服务于设计和决策,却是一门学问。这本书在这方面提供了非常详尽的指导。作者并没有停留在对各种仿真软件的介绍,而是更深入地探讨了仿真设计的原则。比如,如何根据仿真的目的来选择合适的仿真类型(如离散事件仿真、连续时间仿真等),如何设置仿真参数以获得具有代表性的结果,以及如何对仿真结果进行统计分析,以提高其可靠性。我特别对其中关于“仿真实验设计”的章节印象深刻,作者介绍了一些常用的实验设计方法,如全因子设计、部分因子设计以及拉丁超立方抽样等,并解释了如何在仿真中应用这些方法来高效地探索参数空间,找到最优解。这对于那些需要进行大量参数优化的项目来说,无疑是极具价值的。另外,书中也探讨了“仿真的可视化”和“结果的解读”,这对于将复杂的仿真结果传达给非专业人士非常重要。作者强调了清晰的图表和直观的演示,能够帮助决策者更好地理解仿真所揭示的规律和潜在风险。总而言之,这本书在“仿真”这一核心主题上,展现了深刻的洞察力和全面的论述。

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这本书的版式设计简洁大方,文字排版舒适,阅读体验非常好。我一直对“系统”这个概念感到好奇,它既宏大又抽象。而这本书,似乎试图将这种宏大和抽象具象化,并赋予其实用性。我被书中对“系统建模”的开篇部分所吸引。作者非常巧妙地将“系统”定义为一组相互作用的组件,并通过一系列生动的例子,解释了如何识别系统边界、关键组件以及它们之间的关系。我特别欣赏书中关于“建模层级”的阐述,作者解释了如何根据分析的需要,选择不同抽象层次的模型,从而在精度和计算效率之间取得平衡。这避免了许多初学者在建模时容易陷入的“过度复杂”或“过于简化”的误区。此外,书中还详细介绍了多种常用的建模范式,如基于对象建模、基于流程建模、基于状态建模等,并对它们的适用范围进行了深入的比较分析。我尤其喜欢其中关于“如何对现有系统进行逆向建模”的章节,作者提供了一套系统的方法论,指导读者如何从已有的数据和文档中提取系统结构和行为信息,这对于改进现有系统或理解遗留系统非常有帮助。这本书不仅仅是介绍建模技术,更重要的是培养读者的一种系统思维方式。

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