基于模型驅(qū)動設(shè)計(jì)方法的雷達(dá)仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

曹 雷，薛平貞

(西北機(jī)電工程研究所2室，陜西 咸陽712099)

在某裝備系統(tǒng)研發(fā)中，根據(jù)項(xiàng)目研制需求，需建立雷達(dá)仿真系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)在裝備中既可單獨(dú)工作，又可以與其他節(jié)點(diǎn)單元協(xié)同工作;能為裝備系統(tǒng)的調(diào)試提供信號源，同時(shí)接收顯示裝備系統(tǒng)中與雷達(dá)有關(guān)的命令數(shù)據(jù)，從而為裝備的研制提供調(diào)試與驗(yàn)證平臺。

雷達(dá)仿真系統(tǒng)在開發(fā)過程中采用基于模型驅(qū)動的設(shè)計(jì)方法，對系統(tǒng)進(jìn)行抽象建模，主要?jiǎng)?chuàng)建了包括功能需求模型、工作流程模型、邏輯結(jié)構(gòu)模型以及系統(tǒng)運(yùn)行交互模型等，建模語言采用UML2.0［1－2］。通過將系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模型化，使得系統(tǒng)在開發(fā)過程中設(shè)計(jì)人員、程序員以及軟件測試人員能夠在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行直觀的溝通交流，最終指導(dǎo)并規(guī)范系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測試。

1 建模環(huán)境

Rhapsody是一種遵循UML2.0標(biāo)準(zhǔn)基于模型驅(qū)動的(Model－Driven Development，MDD)軟件開發(fā)平臺［3］，其專門針對嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了嵌入式操作系統(tǒng)下基于UML2.0可視化建模的應(yīng)用程序開發(fā)。

Rhapsody通過將系統(tǒng)開發(fā)過程中的各個(gè)層次、結(jié)構(gòu)完全模型化，并能夠貫穿系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)以及軟件測試等各個(gè)環(huán)節(jié)。有助于優(yōu)化系統(tǒng)及產(chǎn)品的規(guī)格說明、設(shè)計(jì)、開發(fā)、記錄以及測試過程。從而使系統(tǒng)工程師和軟件設(shè)計(jì)人員更好地進(jìn)行協(xié)作，以更快的速度交付高質(zhì)量的系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)建模

雷達(dá)仿真系統(tǒng)在Rhapsody開發(fā)環(huán)境中對進(jìn)行系統(tǒng)建模［4］，其主要步驟分為:(1)對系統(tǒng)進(jìn)行功能需求分析，建立功能需求模型。(2)針對需求模型，明確系統(tǒng)的具體工作流程，構(gòu)建系統(tǒng)工作流程模型。(3)建立系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)模型，包括類與類圖［5］。(4)為表征系統(tǒng)各組成部分之間重要活動時(shí)的交互關(guān)系，建立系統(tǒng)運(yùn)作模型。(5)根據(jù)第(2)步和第(4)步建立的活動圖和順序圖，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)模型。

2.1 系統(tǒng)功能需求模型

雷達(dá)仿真系統(tǒng)包括搜索雷達(dá)仿真和跟蹤雷達(dá)仿真兩部分。搜索雷達(dá)仿真功能模擬搜索雷達(dá)的工作狀態(tài)、航路、點(diǎn)跡與干擾源數(shù)據(jù)和故障信息等信號量，并依據(jù)通信協(xié)議要求進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。跟蹤雷達(dá)仿真功能模擬跟蹤雷達(dá)的工作狀態(tài)、跟蹤數(shù)據(jù)和故障信息等信號量，并依據(jù)通信協(xié)議要求進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。此外，通過對系統(tǒng)的功能需求分析，在Rhapsody中建立相應(yīng)的功能需求模型并使用用例圖表示，具體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)用例圖

在用例圖中，外部角色包括:操作者、網(wǎng)絡(luò)、一層CAN、二層CAN。系統(tǒng)主要包含10個(gè)用例，分別是:航路數(shù)據(jù)顯示、PPI畫面顯示、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)、仿真控制、CAN數(shù)據(jù)收發(fā)、工作狀態(tài)設(shè)置、故障信息設(shè)置、航路點(diǎn)跡參數(shù)設(shè)置以及GUI操作。圖中外部角色與具體用例之間由關(guān)聯(lián)線連接，表示二者之間有通信關(guān)系。外部角色、用例和關(guān)聯(lián)線共同組成了系統(tǒng)的需求模型。

2.2 系統(tǒng)工作流程模型

若是用例圖表征了系統(tǒng)的功能，則系統(tǒng)工作流程模型則指明系統(tǒng)將如何實(shí)現(xiàn)其功能，活動圖顯示了鏈接在一起的動作(action)，代表系統(tǒng)中發(fā)生的流程。根據(jù)上文建立的系統(tǒng)功能需求模型，概括得出系統(tǒng)活動圖如圖2所示，“●”代表活動起點(diǎn);“”代表活動終點(diǎn);“◇”代表?xiàng)l件判定點(diǎn)。

圖2 系統(tǒng)工作活動圖

2.3 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)系統(tǒng)用例圖，將系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)從頂層劃分為3個(gè)模塊，分別為界面顯示與操作處理模塊(itsGUI)、底層通信處理模塊(itsCANPro)和GUI與底層的接口對象模塊(itsDI)，建立系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)模型如圖3所示，圖4～圖6分別是圖3中對象itsGUI、itsCANPro和itsDI的基類模型圖;圖3中符號“:”后的名稱為對象的類型名稱，對象之間的連接(Link)表示兩個(gè)對象具有相互調(diào)用關(guān)系，帶箭頭的線則代表單向調(diào)用關(guān)系。

圖3 系統(tǒng)頂層對象模型圖

圖4 cl_RadarGUI組成模型圖

圖5 cl_CANPRO組成模型圖

圖6 itsDI組成模型圖

2.4 系統(tǒng)運(yùn)作模型

為表達(dá)系統(tǒng)各用例之間的交互次序，即執(zhí)行特定用例時(shí)，會發(fā)生哪些交互，以及這些交互以何種次序發(fā)生，需建立系統(tǒng)運(yùn)作模型，在UML中使用系統(tǒng)工作順序圖表示。以系統(tǒng)功能需求模型中的航路點(diǎn)跡參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理及CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)3個(gè)用例交互關(guān)系為例，設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作順序圖如圖7所示。

圖7 航路點(diǎn)跡參數(shù)設(shè)置的系統(tǒng)工作順序圖

2.5 對象狀態(tài)模型

依據(jù)各對象的建模結(jié)果，以下對各對象的基類屬性和操作進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)各對象功能的基類中采用了事件觸發(fā)有限狀態(tài)機(jī)之間自動進(jìn)行轉(zhuǎn)移來管理對象生命周期中的所有活動，由此各對象間以及對象內(nèi)部之間的動態(tài)交互流程更為清晰，增進(jìn)了程序的可讀性。這里只給出頂層設(shè)計(jì)中對象itsGUI和itsCANPro的功能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)圖，分別如圖8和圖9所示。

2.6 系統(tǒng)運(yùn)行

經(jīng)多次調(diào)試驗(yàn)證，雷達(dá)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到了研制要求，最終系統(tǒng)主界面運(yùn)行效果如圖10所示。

圖8 cl_RadarGUI狀態(tài)圖

圖9 cl_CANPRO狀態(tài)圖

圖10 雷達(dá)仿真系統(tǒng)運(yùn)行界面

3 結(jié)束語

在雷達(dá)仿真系統(tǒng)的開發(fā)中通過運(yùn)用基于模型驅(qū)動的設(shè)計(jì)方法，對系統(tǒng)開發(fā)中的各個(gè)階段進(jìn)行建模，能夠達(dá)到簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與維護(hù)，使系統(tǒng)更容易被理解、開發(fā)和測試的目的。另外將系統(tǒng)的開發(fā)重點(diǎn)放到頂層的功能分解、結(jié)構(gòu)劃分、行為分析和需求規(guī)范上，從而提高了系統(tǒng)的可靠性，縮短了項(xiàng)目研制時(shí)間。目前該雷達(dá)仿真系統(tǒng)已完成驗(yàn)收，并應(yīng)用于后續(xù)自行武器系統(tǒng)的研制和調(diào)試之中。

［1］GRADYBOOCH，JAMES R，IVAR J.Unified modeling language user guide(2ndE2dition)［M］.New York:Addison－Wesley Professional，2005.

［2］DOUGLASS，BRUCE P.Doing hard time:developing realtime systems with UML，ob2jects，frameworks，and patterns［M］.New York:Addison－Wesley，1999.

［3］ 王飛.基于模型驅(qū)動架構(gòu)的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.北京:北京郵電大學(xué)，2007.

［4］ 李卉，鐘成，黃先鋒，等.集成激光雷達(dá)數(shù)據(jù)和遙感影像的立交橋自動檢測方法［J］.測繪學(xué)報(bào)，2012，41(3):428－433.

［5］ 李禹，計(jì)科鋒，粟毅.合成孔徑雷達(dá)圖像分割技術(shù)綜述［J］.宇航學(xué)報(bào)，2008，29(2):407－412.

［6］ 王沛.一種基于XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法［J］.西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，16(3):73－76.

［7］ 芮新芳.XML與數(shù)據(jù)庫的信息交互［J］.西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，10(1):85－88.