基于UML的美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)概念建模

郝　琳，畢義明，王　桐

（第二炮兵工程大學，西安　710025）

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基于UML的美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)概念建模

郝琳，畢義明，王桐

（第二炮兵工程大學，西安710025）

摘要：針對美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)，利用UML方法，對其作戰(zhàn)仿真概念建模進行了初步的探討。針對作戰(zhàn)系統(tǒng)的反衛(wèi)作戰(zhàn)任務(wù)，首先識別系統(tǒng)的主要行為，利用用例圖定義系統(tǒng)的功能需求；其次利用類圖標識系統(tǒng)用例模型中的所有實體，并分析這些實體的關(guān)聯(lián)關(guān)系；最后，采用順序圖展示對象在系統(tǒng)執(zhí)行過程中不同階段的動態(tài)交互。這樣建立的概念模型描述規(guī)范，為下一步仿真系統(tǒng)的開發(fā)奠定了良好知識表示基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：動能反衛(wèi)，作戰(zhàn)系統(tǒng)，概念建模，UML

0　引言

動能反衛(wèi)星武器系統(tǒng)是指利用動能殺傷攔截器（Kinetic Kill Vehicle，KKV）高速飛行所具有的巨大動能，通過直接碰撞的方式摧毀衛(wèi)星的武器。它不受氣象條件限制，生存能力強，作戰(zhàn)效果明顯，一般可以在反彈道導彈基礎(chǔ)上發(fā)展起來，部署方式靈活，技術(shù)相對簡單。美國是世界上最早研究動能反衛(wèi)星的國家之一，目前已經(jīng)具備實戰(zhàn)能力［1］。以美軍動能反衛(wèi)星武器系統(tǒng)為基礎(chǔ)，研發(fā)作戰(zhàn)仿真實驗系統(tǒng)，可以對動能反衛(wèi)作戰(zhàn)的內(nèi)在規(guī)律進行深入研究，為我國動能反衛(wèi)作戰(zhàn)力量發(fā)展提供決策咨詢，具有重要的意義。

概念建模是在作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)開發(fā)過程中必須的環(huán)節(jié)，通過概念建模，可以將存在于軍事專家頭腦中的領(lǐng)域知識轉(zhuǎn)化為被軍事運籌人員采納的集中知識，從而為后續(xù)的仿真開發(fā)奠定良好的知識表示基礎(chǔ)［2］。UML（Unified Modeling Language）是一種面向?qū)ο蟮恼Z言，它采用視圖和文字相結(jié)合的表達方式，從技術(shù)開發(fā)的角度來描述技術(shù)人員對真實系統(tǒng)的認識和理解，以各種視圖反映系統(tǒng)的基本要素和行為的特點，有助于所開發(fā)系統(tǒng)的重用性和擴展性，在仿真系統(tǒng)分析設(shè)計方面具有較大的優(yōu)越性。

本文以2008年美軍?；鶆幽芊葱l(wèi)星試驗為背景，依據(jù)文獻［1］構(gòu)建的動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)及作戰(zhàn)流程，利用UML方法對作戰(zhàn)仿真概念建模進行初步的探討。

1　美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)及作戰(zhàn)流程

1.1反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)構(gòu)成

美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)主要由導彈分系統(tǒng)、武器控制分系統(tǒng)和情報偵察分系統(tǒng)組成［1］，如圖1所示：

圖1美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2動能反衛(wèi)作戰(zhàn)流程

依據(jù)參考文獻［1］，美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)流程主要包括以下8個環(huán)節(jié)，如圖2所示。

圖2美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)流程圖

（1）按照上級命令，情報偵察分系統(tǒng)對目標衛(wèi)星實施前期偵察監(jiān)視，不間斷地獲取目標衛(wèi)星運行參數(shù)等信息；

（2）根據(jù)情報偵察分系統(tǒng)獲取的情報，國家軍事指揮中心提出全面的作戰(zhàn)任務(wù)，并發(fā)送給動能反衛(wèi)系統(tǒng)的任務(wù)控制單元；

（3）任務(wù)控制單元根據(jù)軍事指揮中心的指示，依據(jù)情報信息進行詳細任務(wù)與作戰(zhàn)規(guī)劃，提出最終任務(wù)計劃并報請上級批準；

（4）軍事指揮中心決策后，向任務(wù)控制單元下達作戰(zhàn)命令；

（5）任務(wù)控制單元接到作戰(zhàn)命令后，向火力控制單元發(fā)送武器輸入數(shù)據(jù)并監(jiān)視其發(fā)射前狀態(tài)，執(zhí)行武器系統(tǒng)狀態(tài)檢測和下達武器發(fā)射的命令；

（6）火力控制單元接到武器發(fā)射命令后，計算武器輸入數(shù)據(jù)并注入導彈，不間斷地監(jiān)測發(fā)射前導彈狀態(tài)，最后執(zhí)行火力控制，即發(fā)射導彈攻擊目標衛(wèi)星；

（7）發(fā)射后的導彈到目標衛(wèi)星附近的區(qū)域，在與目標衛(wèi)星碰撞前約30 s，彈出帶有小型鎢棒的LEAP動能戰(zhàn)斗部，并啟動其固體姿軌控系統(tǒng)，實施機動，瞄準已知目標衛(wèi)星的位置。在直接碰撞目標前，LEAP拋散小型鎢棒，以足夠的動能撞擊并摧毀目標衛(wèi)星；

（8）根據(jù)情報偵察分系統(tǒng)獲取的目標衛(wèi)星的毀傷信息，軍事指揮中心做出是否需要再次對目標衛(wèi)星實施攻擊的決策。若不需要，則下達作戰(zhàn)結(jié)束的命令，任務(wù)完成；否則，在系統(tǒng)一切正常條件下，向?qū)椢淦飨到y(tǒng)再次下達攻擊命令，從而進入新一輪作戰(zhàn)流程。

2　基于UML的美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)概念建模

用UML描述概念模型一般步驟如下［2］：

（1）尋找、建立該模型所涉及的所有用例，逐級建立各種用例圖；

（2）找出用例中所涉及到的各種實體，用類圖來細化要描述的各種實體；

（3）找出實體中的各種活動或行為，用行為圖、狀態(tài)圖、活動圖以及交互圖來進一步完善用例圖。

2.1動能反衛(wèi)作戰(zhàn)仿真概念建模的用例描述

UML中的用例定義是：系統(tǒng)執(zhí)行的一組動作序列，這些動作可以產(chǎn)生一個特定參與者可觀察的數(shù)值結(jié)果。這些動作會涉及與多個參與者（用戶和其他系統(tǒng)）的通信，以及在系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行的計算和任務(wù)［3］。用例分析是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，它明確了系統(tǒng)的需求，是確定系統(tǒng)范圍、系統(tǒng)模型粒度等因素的前提條件。

在美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)中，偵察監(jiān)視目標、制定作戰(zhàn)方案、發(fā)射導彈等都是系統(tǒng)用例的實例［4］，概念建模中所涉及到的所有用例如下頁圖3所示。

2.2動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)對象識別

圖3地基動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)用例圖

用例圖定義了系統(tǒng)的功能需求。完成系統(tǒng)需求分析之后，需要劃分系統(tǒng)的對象組成，這是面向?qū)ο蠼５暮诵墓ぷ髦?。結(jié)合UML的具體工作是：標識和分析地基動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)用例模型中的所有實體，并分析這些實體的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在UML中實體是用類圖來表示的，實體的相關(guān)內(nèi)容可以在類圖的屬性里。系統(tǒng)中實體之間的組合關(guān)系可以用聚合（Aggregation）來表示，其他關(guān)系可以用類之間的聯(lián)系來表示。系統(tǒng)的類圖如圖4所示。

圖4動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)類圖

2.3動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)對象交互和行為建模

從動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)用例圖中可以識別出系統(tǒng)的主要行為，從類圖的對象關(guān)系中獲取系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)和部分系統(tǒng)行為信息。在此基礎(chǔ)上，可以建立描述系統(tǒng)特殊行為的動態(tài)模型，從而展示對象在系統(tǒng)執(zhí)行過程中不同階段的動態(tài)交互［5］。在UML中，交互可以用3種圖來描述：順序圖、協(xié)作圖或活動圖，其中順序圖的主要焦點是時間，協(xié)作圖的主要焦點是空間，而活動圖的主要焦點是工作?？紤]到在美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)的動態(tài)描述中側(cè)重于時間，因此，本文采用順序圖描述系統(tǒng)的動態(tài)交互，如圖5所示。

圖5動能反衛(wèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)順序圖

3　結(jié)論

本文采用UML方法研究了美軍動能反衛(wèi)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)概念建模。概念建模在作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的開發(fā)過程中是必不可少的，它可以作為設(shè)計作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的參照物，為后續(xù)的開發(fā)工作奠定良好的知識表示基礎(chǔ)，同時也是判斷仿真資源重用潛力的重要基礎(chǔ)。UML語言是一種對人和機器都適用的建模語言，它采用視圖和文字相結(jié)合的表達方式，便于交流溝通，同時也利于計算機軟件實現(xiàn)自動化建模，進而實現(xiàn)概念模型和仿真系統(tǒng)在構(gòu)建思想上的一體化。

參考文獻：

［1］熊東旭，趙新國.美軍?；鶆幽芊葱l(wèi)系統(tǒng)及其作戰(zhàn)流程探析［J］.飛航導彈，2010（11）：55-58．

［2］曹曉東，王杏林.概念建模［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2013．

［3］EIRKSSON H E，PENKER M. UML工具箱［M］.俞俊平，余安萍，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2004．

［4］張東洋，黃樹彩.空天信息支持反衛(wèi)星作戰(zhàn)軍事概念模型［J］.航天控制，2011，29（4）：75-79．

［5］王磊，周俊.基于UML反導通信與指控系統(tǒng)建模研究［J］.空軍雷達學院學報，2011，25（2）：128-131.

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Research on Conceptual Modeling of U.S. Kinetic Energy Anti- Satellite Combat System Based on UML

HAO Lin，BI Yi-ming，WANG Tong
（The Second Artillery Engineering University，Xi’an 710025，China）

Abstract：In this paper，the conceptual model of the U.S. Kinetic Energy Anti-Satellit combat system is discussed by utilizing UML. Aiming at the operational tasks of combat system，main behaviour of system are identified firstly，then function requirement is defined with the use -case diagram. Secondly，all of the entities are identified with class diagram and relationship analysed. Finally，dynamic Interactive in different phase are displayed by sequence diagram. This description of conceptual model is normative，and can be provide good foundation for Development of Simulation System.

Key words：kinetic energy anti-satellit，combat system，conceptual modeling，UML

作者簡介：郝琳（1978-），女，山東定陶人，碩士。研究方向：作戰(zhàn)建模與仿真。

收稿日期：2015-01-05

文章編號：1002-0640（2016）02-0001-03

中圖分類號：TP311.52

文獻標識碼：A

修回日期：2015-02-17