介绍航空航天领域计算机仿真系统建模语言的文本描述方法，包括词法、语法、语义等。该文本支持支持连续系统、离散系统、定性系统、优化系统、半实物系统及其混合系统和变结构系统的建模与仿真。介绍建模语言的编译器技术，包括自动识别建模语言语义并将其转换为C++等编程语言，面向可重用组件的代码生成技术。介绍并行仿真引擎等关键支撑技术，包括面向负载均衡的仿真引擎组件调度方法。

宋晓，男，副教授，博导。开发了一种面向并行化的建模与仿真语言，提出了一种面向组件的多核离散事件并行仿真引擎，研究提出了复杂系统建模仿真语言并行编程模型及其并行编译技术，设计实现了并行仿真编译器及相关运行库。成果获2016年中国仿真学会科技进步一等奖、国际建模仿真大会杰出论文奖和教育部科技进步二等奖等奖励。发表SCI论文29篇，主持国家自然基金两项，指导学生获国际数学建模竞赛特等奖提名。

目录

第1章复杂系统建模仿真语言文本规范

1.1概述

1.1.1复杂系统建模与仿真语言的概念及特点

1.1.2CSMSL语言的相关系统视图

1.1.3CSMSL与其他仿真语言的对比

1.1.4仿真语言文本描述的层次框架

1.2CSMSL关键词、操作符及数据类型

1.2.1关键词

1.2.2操作符

1.2.3数据类型

1.3原子组件模型

1.3.1初始块

1.3.2模型块

1.4复合组件模型

1.4.1初始块

1.4.2模型块

1.4.3实验块

1.5函数库及算法库

1.5.1函数的定义

1.5.2函数的调用

1.5.3外部函数封装

1.5.4数学函数库

1.5.5传递函数库

1.5.6优化算法库

1.5.7引用外部模型

1.6CSMSL描述案例分析

1.7CSMSL详细规范总结

1.7.1关键词

1.7.2词法正则表达式

1.7.3CSMSL的巴克斯范式

1.7.4复合组件中的类型定义

1.7.5函数类

第2章复杂系统建模仿真语言图形描述规范

2.1概述

2.2原子组件模型

2.2.1初始块

2.2.2模型块

2.3复合组件模型

2.3.1初始块

2.3.2模型块

2.3.3实验块

2.4实际案例

2.4.1复合组件模型描述

2.4.2原子组件模型描述

第3章CSMSL的模型体系及其并行仿真引擎

3.1CSMSL仿真模型技术体系

3.1.1模型接口层规范

3.1.2模型架构层规范

3.2CSMSL并行仿真引擎负载均衡组件调度方法

3.3CSMSL并行仿真引擎中的组件模型时间管理

3.3.1基本原理

3.3.2时间管理模型

3.3.3组件模型时间管理的软件实现方法

3.4CSMSL并行仿真引擎编程框架示例

第4章CSMSL编译器原理及实现

4.1CSMSL文本编译器架构

4.1.1编译器的功能

4.1.2编译器的结构

4.1.3CSMSL主程序框架

4.2CSMSL文本编译器的实现方案

4.2.1联合编译中编译器的工作机理

4.2.2词法分析器的实现

4.2.3语法分析器的实现

4.2.4语义解释器的实现

4.2.5CSMSL编译器开发环境

4.2.6CSMSL原子组件模型的联合编译实现流程

4.3CSMSL编译案例

4.3.1混合仿真系统的编译要点

4.3.2原子/复合组件模型作业级并行的语法实现

4.3.3三维流体气动模型求解

第5章基于CSMSL的混合仿真系统设计

5.1坐标系及其变换

5.1.1三种坐标系

5.1.2三种坐标系之间的转换

5.2防空反导作战实体模型

5.2.1来袭目标弹道模型求解方法1

5.2.2来袭目标弹道模型求解方法2

5.2.3预警雷达模型

5.2.4防空武器系统火力单元模型

5.2.5防空武器系统指挥中心模型

5.2.6被保卫要地模型

5.3防空反导作战过程模型

5.3.1防空反导作战过程逻辑框图

5.3.2系统的输入输出参数

5.4防空反导系统效能评估方法

5.4.1效能准则

5.4.2效能计算

第6章CSMSL仿真系统分布式运行效率

6.1面向CSMSL的分布式仿真引擎

6.2与HLA架构效率对比

6.3跨平台分布式运行效率

6.3.1实验设计及运行

6.3.2想定应用

6.4高性能集群系统分布式运行效率

6.4.1集群运行调度

6.4.2集群运行流程

6.4.3集群运行结果

6.4.4集群InfiniBand支持

总结

参考文献

前言

复杂系统建模与仿真技术是支持复杂系统论证、设计、分析、试验、运行和评估等活动（复杂系统全生命周期活动）的一类工程技术。典型的复杂系统包括飞机、导弹、汽车和船舶等。实践表明，建模/仿真技术是复杂系统研制与应用的重要手段之一。

仿真语言及其软件环境(如MATLAB)是研究实现复杂系统从建模到仿真一体化设计验证的关键技术之一。好的建模仿真语言能极大地减少工程设计人员的工作量，使他们可以在较少学习编程语言和常微分/偏微分算法的情况下，直接使用仿真语言从面向问题的角度编写复杂仿真系统，从而极大地简化复杂系统的设计过程，提高工作效率。遗憾的是，目前我国自主可控的仿真语言很少，还缺乏类似MATLAB那样拥有大量用户、能对大量工程人员起作用的仿真语言。近十年来，我们在预研项目的支撑下开展了一系列围绕仿真语言的研究，提出了复杂系统建模与仿真语言(Complex System Modeling and Simulation Language, CSMSL)，研发了编译器和仿真引擎，实现了基于CSMSL的混合(连续/离散/定性)仿真系统，初步实现了面向组件的一体化建模仿真环境。

从具体内容上，本书第1章介绍了CSMSL的文本描述规范，包括词法、语法、语义等，重点是定义支持连续系统、离散系统、定性系统、优化系统、半实物系统及其混合系统建模与仿真的关键字、模型端口和模型块语法。第2章给出了与文本规范对应的图形描述规范，支持拖曳式组件建模。针对前两章涉及的仿真组件和运行时管理，第3章重点介绍了面向组件的CSMSL模型体系详细规范，并进一步给出了实现分布式并行仿真引擎的关键算法。针对仿真语言编译器这一难点，第4章介绍了研发CSMSL编译器的诸多细节，包括如何实现词法、语法分析器、语义解释器，如何自动识别建模语言语义并将其转换为C++等编程语言、面向可重用组件的代码生成技术等。基于前4章的论述，第5章给出了一个混合仿真系统设计案例，从航天器实例的角度展示了如何设计并实现一个包含连续、离散、定性和优化等要素的仿真系统。第6章进一步比较了CSMSL仿真引擎与高层体系架构(HLA)相关仿真系统的效率，论述了面向高性能集群仿真系统的运行方法。

通过学习本书，相关专业人员、研究生能够了解和掌握当前建模仿真语言及其编译器技术，熟悉混合系统仿真技术，为进一步设计和优化航空航天等复杂系统打下基础。

本书内容基于编者团队多年来的研究成果，本书的研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和预研课题的资助。感谢赖李媛君博士、杨晨博士、邢驰博士，研究生周文、姬杭等为本书所做的大量研发工作。

由于编者能力、时间有限，书中还有不少不尽完善之处。特别值得指出的是，我们从实践中也发现，仿真语言是一门极其复杂的技术，涉及编程语言、编译原理、软件工程、数值计算、系统工程等多个学科，很难在短时间取得重大的突破。因此，我们希望本书对于仿真语言技术能起到知识储备、打基础的作用，对我国仿真语言的发展壮大起到积极作用。

编者

2020年5月