基于UML的對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)分析

王學(xué)青，趙立剛，魏冬峰

（1.防空兵指揮學(xué)院，鄭州450052；2.解放軍66111部隊，北京100042）

0 引 言

對空情報雷達組網(wǎng)是發(fā)現(xiàn)隱身飛機、巡航導(dǎo)彈，對抗電子干擾以及提高發(fā)現(xiàn)效能的有效手段，是對空情報雷達運用的必然趨勢[1]。對空情報雷達網(wǎng)是集多種偵察雷達系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)，加之戰(zhàn)場形式實時多變、不確定性大，使得通過計算機建模和仿真對對空情報雷達組網(wǎng)效能和運用方法進行分析成為有效手段。目前，針對雷達組網(wǎng)效能評估的模型不少，但大多考慮因素較少，條件設(shè)置沒有針對性，真正考慮在信息化條件下如何有效地組織各類對空情報雷達裝備遂行作戰(zhàn)任務(wù)、密切協(xié)同已到達作戰(zhàn)需求的仿真系統(tǒng)很少。因此。對對空情報雷達組網(wǎng)的仿真必須站在一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的高度上，通過對各雷達裝備進行有效的組織集成，才能達到整體作戰(zhàn)的仿真效果。

統(tǒng)一建模語言（UML）是第3代用來為面向?qū)ο箝_發(fā)系統(tǒng)的產(chǎn)品進行說明、可視化和編輯文檔的方法。這種語言得到了“UML伙伴聯(lián)盟”的應(yīng)用與反饋，并得到工業(yè)界廣泛的支持，由對象管理組織（OMG）采納作為業(yè)界標準。UML取代目前軟件業(yè)眾多的分析設(shè)計方法，成為一種標準，是一種在大型復(fù)雜系統(tǒng)建模領(lǐng)域中得到認可的優(yōu)秀軟件工程方法。UML提供了充分的基于面向?qū)ο蟮母拍钤睾捅磉_元素，可有效描述系統(tǒng)開發(fā)各階段的模型[2]。

1 對空情報雷達組網(wǎng)仿真分析

隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展和武器裝備信息化水平的提高，未來基于組網(wǎng)的一體化偵察體系是解決“發(fā)現(xiàn)”問題的必然途徑。對空情報雷達網(wǎng)是以大型骨干雷達為基礎(chǔ)，兼以低空補盲為輔助的有機組合，力求形成全方位、有重點、多頻段、多體制、連續(xù)不間斷的空中偵察監(jiān)視能力。各雷達協(xié)同工作、橫向貫通、信息匯總、多源融合、情報共享。

對空情報雷達組網(wǎng)的仿真是聯(lián)合防空作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的一部分，它主要是通過實時的過程仿真，提供雷達組網(wǎng)部署訓(xùn)練環(huán)境，為防空作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)提供實時的空中情報，輔助指揮訓(xùn)練人員完成作戰(zhàn)任務(wù)，檢驗雷達組網(wǎng)的探測效果。對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)組成

2 對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)建模

仿真系統(tǒng)的功能需求可由用例視圖來描述，它強調(diào)從用戶角度看到的需求功能，用例模型是把滿足用戶的基本功能聚合起來表示的有效工具。對于正在構(gòu)造的新系統(tǒng)，用例描述系統(tǒng)應(yīng)該做什么；對于構(gòu)造完畢的系統(tǒng)，用例則反映系統(tǒng)能夠完成什么樣的功能。用例模型的基本組成為角色、用例和系統(tǒng)。

2.1 確定角色

角色是與系統(tǒng)交互的人或事，對于本仿真系統(tǒng)而言為系統(tǒng)的使用者、管理者和外部交互目標[3]。從實際作戰(zhàn)訓(xùn)練角度出發(fā)，考察本系統(tǒng)主要的交互人員，具體如下：

（1）組網(wǎng)訓(xùn)練人員，他根據(jù)任務(wù)背景實施雷達組網(wǎng)的部署，空情想定運行中對雷達網(wǎng)進行指揮控制。

（2）任務(wù)想定導(dǎo)調(diào)人員，他規(guī)劃雷達組網(wǎng)仿真的任務(wù)想定背景和空情想定，控制全系統(tǒng)仿真的運行。

（3）訓(xùn)練監(jiān)控人員，他監(jiān)視雷達組網(wǎng)部署的實施情況和雷達網(wǎng)探測仿真的運行結(jié)果，與想定比對給出組網(wǎng)的探測效果結(jié)論。

由于以上三類人員主要與系統(tǒng)發(fā)生交互，所以可以創(chuàng)建訓(xùn)練席、導(dǎo)調(diào)席、監(jiān)控席等角色。

2.2 創(chuàng)建用例

用例代表一個完整的功能，是動作步驟的集合，即系統(tǒng)提供給角色的操作集合[3]。作為用例它具有3個特征：用例由角色的初始化、用例為角色提供值、用例具有完整性。從此角度分析，對空情報雷達組網(wǎng)的仿真流程大致可分為以下幾個用例：

（1）任務(wù)想定導(dǎo)調(diào)人員規(guī)劃作戰(zhàn)任務(wù)，選定作戰(zhàn)地域，部署指揮機構(gòu)和火力單元等作戰(zhàn)要素，確定偵察監(jiān)視范圍，指定主要探測方位、高度和來襲機型等，指定部署使用的雷達類型和數(shù)量。編輯空情想定，設(shè)定空襲兵器飛行器路線，配置干擾、反輻射導(dǎo)彈等空情要素。

（2）組網(wǎng)訓(xùn)練人員，接收組網(wǎng)部署的任務(wù)背景，在指定作戰(zhàn)地域內(nèi)根據(jù)部署要求選擇各雷達所處陣地位置，檢查陣地條件，察看雷達網(wǎng)探測范圍。部署完畢后，啟動組網(wǎng)雷達的運行。

（3）組網(wǎng)雷達接收想定空情，仿真對目標的探測過程，輸出探測結(jié)果。

（4）組網(wǎng)訓(xùn)練人員根據(jù)空情與雷達的運行情況，控制組網(wǎng)雷達狀態(tài)。

（5）訓(xùn)練監(jiān)控人員，接收組網(wǎng)部署的任務(wù)背景，接收組網(wǎng)部署結(jié)果，對部署情況進行靜態(tài)分析。

（6）訓(xùn)練監(jiān)控人員，接收想定空情，接收雷達網(wǎng)探測結(jié)果，對雷達網(wǎng)探測情況進行動態(tài)監(jiān)視和分析。

（7）任務(wù)態(tài)勢顯示。

（8）雷達網(wǎng)探測結(jié)果顯示。

2.3 創(chuàng)建關(guān)系圖

根據(jù)上述分析得到的角色和用例可知對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)具有任務(wù)想定編輯、空情想定編輯、空情實時生成、雷達網(wǎng)部署、雷達陣地數(shù)據(jù)分析、雷達探測范圍繪制、雷達系統(tǒng)運行仿真、組網(wǎng)信息顯示等功能。同時，對于不同地形條件、任務(wù)條件、空情條件，不同的雷達裝備都有不同要求和表現(xiàn)，仿真時要充分考慮，努力使設(shè)置的想定與實際情況接近，雷達的仿真要符合或貼近雷達的性能，以使組網(wǎng)仿真能夠體現(xiàn)出符合實際的對抗效果。

在仿真過程中不僅要設(shè)置復(fù)雜的目標環(huán)境，還要設(shè)置各種干擾、反輻射導(dǎo)彈攻擊等環(huán)境，采用雙方對抗的方式實現(xiàn)雷達組網(wǎng)探測與對抗仿真。對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)的主用例模型如圖2所示。

仿真過程中導(dǎo)調(diào)席可實時改變各種干擾設(shè)置，并仿真機載偵收雷達對雷達的發(fā)現(xiàn)過程，給出發(fā)現(xiàn)結(jié)果，還可控制反輻射導(dǎo)彈對已發(fā)現(xiàn)的雷達實施攻擊。而訓(xùn)練席，則根據(jù)當前的發(fā)現(xiàn)情況和各雷達被干擾的情況，采取相應(yīng)的措施，設(shè)置雷達運行狀態(tài)，改善雷達網(wǎng)對目標的探測效果，避免雷達被反輻射導(dǎo)彈摧毀。通過這個過程不僅充分體現(xiàn)了雷達組網(wǎng)發(fā)現(xiàn)目標的過程，也體現(xiàn)了雷達組網(wǎng)探測的對抗性。

圖2 對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)用例圖

3 對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)靜態(tài)建模

（1）任務(wù)模型

任務(wù)模型用于描述對空情報雷達網(wǎng)部署的任務(wù)背景，及應(yīng)該探測的空域范圍和需要達到的探測效果，包括指揮機構(gòu)、火力、部署地域、探測空域、敵方來襲方向等方面。

（2）空情想定模型

空情想定模型用于描述空襲兵器的運行軌跡的特征、飛行器性能特征、飛行器攜帶干擾的設(shè)置、飛行器攜帶反輻射導(dǎo)彈的設(shè)置，并根據(jù)以上特征和設(shè)置生成對應(yīng)的空情運行仿真數(shù)據(jù)。

（3）雷達網(wǎng)部署模型

雷達網(wǎng)部署模型用于描述雷達部署的位置特征，分析陣地條件，分析組網(wǎng)探測范圍。

（4）雷達模型

雷達模型用于描述系統(tǒng)中各仿真雷達屬性及對虛擬空情探測能力。主要是雷達的功能模型、效能模型、重要的信號處理模型及控制模型，通過以上模型體現(xiàn)雷達的性能，和對不同飛行器、干擾、雜波、反輻射導(dǎo)彈等空情要素變化的雷達探測效果。

（5）電子戰(zhàn)模型

電子戰(zhàn)模型用于描述干擾機、雷達偵收設(shè)備、反輻射導(dǎo)彈的性能及效能模型。主要有干擾機及干擾的模型、偵收雷達的偵收模型、反輻射導(dǎo)彈的性能模型，通過以上模型體現(xiàn)干擾和偵收雷達在空域、頻域、信號形式等方面的覆蓋范圍，及反輻射導(dǎo)彈在空域、頻域的跟蹤能力和對雷達的摧毀能力。

（6）雜波模型

雜波模型用于描述雷達所處地理、氣象、民用電磁等環(huán)境產(chǎn)生的雜波，主要包括地物雜波模型、海雜波模型、通信干擾模型、電視干擾模型等。

（7）評估模型

評估模型用于對雷達網(wǎng)的部署和探測效果進行評估。對雷達網(wǎng)的部署根據(jù)任務(wù)要求進行靜態(tài)評估，對雷達網(wǎng)的探測效果根據(jù)虛擬對抗過程中輸出的探測航跡和對雷達控制的正確性進行動態(tài)評估。

靜態(tài)模型是從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和靜態(tài)角度來描述系統(tǒng)的視圖，在整個需求分析中它定義了相關(guān)對象和類以及它們內(nèi)部和彼此之間的關(guān)系，圖3給出了對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)中的主要類圖。

圖3 對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)主要類圖

4 對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)動態(tài)建模

所有系統(tǒng)均可表示為2個方面：靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為。UML提供圖來描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為。而狀態(tài)、順序、協(xié)作和活動圖則適合于描述系統(tǒng)的動態(tài)行為，即描述系統(tǒng)中的對象在執(zhí)行期間不同的時間點是如何動態(tài)交互的[4]。

其中，狀態(tài)圖與活動圖、順序圖與協(xié)作圖在語義上是等價的。狀態(tài)圖描述對象在生命周期內(nèi)處于哪些狀態(tài)，每種狀態(tài)的行為以及什么樣的時間引起對象狀態(tài)發(fā)生改變。順序圖描述對象如何交互和通信，側(cè)重消息的時間順序。協(xié)作圖也是描述對象交互的，但側(cè)重于空間協(xié)作，給出對象間的關(guān)系?；顒訄D注重于從活動到活動的控制流，是工作描述。

本文以UML的順序圖為例簡要描述了整個對空情報雷達組網(wǎng)仿真的基本流程，如圖4所示。

在圖4中，頂部的矩形框描述了參與仿真的對象，即任務(wù)想定、空情想定、雷達部署、雷達網(wǎng)探測仿真、監(jiān)控。每個對象底部中心的垂直虛線代表了該對象的生命周期，表示對象在此周期內(nèi)進行各項活動的時間。虛線間的箭頭表明各對象間的通信，通過信息的交互和協(xié)作來完成實體間的仿真操作。由順序圖的各類元素可以清晰地描述出對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)從任務(wù)想定生成和空情編輯直到雷達網(wǎng)的部署和雷達網(wǎng)的探測仿真的全過程。

圖4 對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)順序圖

5 結(jié)束語

需求是決定整個系統(tǒng)設(shè)計合理性的關(guān)鍵。與結(jié)構(gòu)化的需求分析相比，運用UML來對對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)進行建模，更能體現(xiàn)系統(tǒng)行為，可以有效地捕獲系統(tǒng)需求，清晰直觀地描述系統(tǒng)功能，有利于軍事用戶和系統(tǒng)設(shè)計人員之間的溝通，達成共識。限于篇幅，本文只給出了對空情報雷達組網(wǎng)仿真系統(tǒng)需求分析的簡要描述，以上這些描述還需進一步修改、細化、完善，使之更加符合對空情報雷達組網(wǎng)的實際情況。

[1]時銀水.聯(lián)合火力打擊戰(zhàn)役防空兵偵察預(yù)警戰(zhàn)場環(huán)境與戰(zhàn)斗行動研究[J].防空兵指揮學(xué)院學(xué)報，2007（2）：36-38.

[2]James Rumbaugh，Ivar Jacobson，Gradv Booch.The U-nified Modeling Language Reference Manual[M].Addison Wesley Longman，Inc.1999.

[3]蔡敏，徐慧慧，黃炳強.UML基礎(chǔ)與Rose建模案例[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[4]王少鋒.面向?qū)ο蠹夹g(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.