基于UPDM的直升機(jī)平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)建模與驗(yàn)證

鄭磊

摘要：本文基于UPDM提供的建模方法，使用rapsody工具構(gòu)建了直升機(jī)平臺(tái)的協(xié)同作戰(zhàn)的運(yùn)行視圖模型，并對(duì)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，提供了一種適用于型號(hào)早期設(shè)計(jì)的需求分析方法。

[關(guān)鍵詞]UPDM建模需求分析

1引言

隨著信息化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)早已發(fā)展到以共享信息化網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的平臺(tái)級(jí)和武器級(jí)的協(xié)同作戰(zhàn)樣式，作戰(zhàn)平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式已由先期研制、后期集成逐步過渡到注重先期頂層設(shè)計(jì)全過程驗(yàn)證。直升機(jī)作為重要的低空作戰(zhàn)平臺(tái)，本身具有高度的自主性和靈活性，在作戰(zhàn)過程中與其他軍兵種的不同作戰(zhàn)單元有著緊密的協(xié)同作戰(zhàn)需求。進(jìn)行早期的直升機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)需求分析可以在型號(hào)設(shè)計(jì)初期進(jìn)行完整的需求捕獲，在不考慮系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的前提下，覆蓋全部的外界因素與設(shè)計(jì)平臺(tái)之間的行為交互，為后續(xù)的分系統(tǒng)詳細(xì)建模和設(shè)計(jì)提供完整的設(shè)計(jì)輸入指導(dǎo)。

UPDM是OMG組織發(fā)布的可視化的圖形建模標(biāo)準(zhǔn)，用于美國(guó)和英國(guó)國(guó)防體系架構(gòu)的開發(fā)，同時(shí)支持DoDAF和MoDAF兩種框架，對(duì)武器裝備的頂層需求分析具有十分重要的借鑒意義。

2UPDM概述

基于UPDM的頂層設(shè)計(jì)是一個(gè)自頂向下，從抽象到具體的過程，按體系結(jié)構(gòu)框架標(biāo)準(zhǔn)，使用UML2.0和SysML來建立系統(tǒng)的可執(zhí)行模型，通過高層概念仿真來驗(yàn)證、校核模型與需求對(duì)應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確性和一致性，從而不斷迭代完善頂層設(shè)計(jì)需求。UPDM提供了多個(gè)角度的模型視圖，包括總視圖、能力視圖、運(yùn)行視圖、服務(wù)視圖、系統(tǒng)視圖等等。

這眾多視圖中，能力視圖和運(yùn)行視圖明確描述了系統(tǒng)具有的能力及其能力之間的架構(gòu)和依賴關(guān)系，系統(tǒng)的作戰(zhàn)概念，完成作戰(zhàn)任務(wù)的活動(dòng)、作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間的信息交換關(guān)系，定義交互信息的類型、頻度、內(nèi)容和作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的行為邏輯，對(duì)于平臺(tái)設(shè)計(jì)的早期需求捕獲過程來說，無需考慮系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，可覆蓋全部的外界因素與設(shè)計(jì)平臺(tái)之間的行為交互，并最終可梳理并形成裝備的總體能力目錄，為后續(xù)的分系統(tǒng)詳細(xì)建模和設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)輸入。因此，構(gòu)建能力視圖和運(yùn)行視圖模型在系統(tǒng)需求分析過程中具有十分重要的意義。

主要的能力視圖和運(yùn)行視圖見表1。

3直升機(jī)平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)建模與驗(yàn)證

直升機(jī)作為重要的低空作戰(zhàn)平臺(tái)，本身具有高度的自主性和靈活性，在作戰(zhàn)過程中與其他軍兵種的不同作戰(zhàn)單元有著緊密的協(xié)同作戰(zhàn)需求。有人直升機(jī)和無人機(jī)混合編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)是一個(gè)典型的協(xié)同作戰(zhàn)場(chǎng)景，無人機(jī)群在有人直升機(jī)外圈飛行，相互之間通過數(shù)據(jù)鏈通信，實(shí)現(xiàn)二者信息共享，根據(jù)有人機(jī)飛行員的指揮控制開展任務(wù)，既提高了有人飛機(jī)的生存能力又延伸了無人機(jī)的探測(cè)距離和攻擊距離。

在整個(gè)模型構(gòu)建過程中，首先從初始的愿景、階段和目標(biāo)初步分析整個(gè)架構(gòu)需要的能力并進(jìn)行歸納整理，梳理能力架構(gòu)和依賴關(guān)系，構(gòu)建整個(gè)架構(gòu)的運(yùn)行概念，包括要執(zhí)行的任務(wù)和作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)，梳理整個(gè)運(yùn)行架構(gòu)的組成和作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間交互關(guān)系，構(gòu)建作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的作戰(zhàn)活動(dòng)，不斷迭代交互關(guān)系和信息交互內(nèi)容，分析不同作戰(zhàn)任務(wù)下的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的行為和節(jié)點(diǎn)間的事件和消息，梳理每個(gè)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的哪些作戰(zhàn)活動(dòng)及其通信接口，建立活動(dòng)和能力的映射關(guān)系，不斷迭代補(bǔ)充缺失的能力和作戰(zhàn)活動(dòng)，最后得到完整的能力需求。整個(gè)過程以O(shè)V-1為驅(qū)動(dòng)，0V-5為過程，0V-2和0V-3為核心，OV-6c和OV-6b提供驗(yàn)證機(jī)制生成可執(zhí)行的模型，通過對(duì)模型的仿真驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的行為的不足，并根據(jù)內(nèi)部邏輯關(guān)系逐步建立完善的運(yùn)行視圖模型，并不斷對(duì)模型進(jìn)行迭代。整個(gè)過程如圖1所示。

利用作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)系視圖（OV-2），可以分析和梳理作戰(zhàn)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)之間的通信架構(gòu)和關(guān)系，明確直升機(jī)與其他平臺(tái)的信息交互網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)典型的直升機(jī)與無人機(jī)協(xié)同節(jié)點(diǎn)關(guān)系視圖見圖2。

在作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)系視圖中，可以明確參與的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)，梳理初步的節(jié)點(diǎn)間信息交互類型和通信端口。在明確節(jié)點(diǎn)關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)生在直升機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)過程中的作戰(zhàn)活動(dòng)進(jìn)行分析，重點(diǎn)關(guān)注作戰(zhàn)活動(dòng)之間的關(guān)系以及活動(dòng)間的輸入輸出信息，構(gòu)建運(yùn)行活動(dòng)視圖（OV-5）模型，并可同步生成信息交互矩陣視圖（OV-3）。圖3描述了一個(gè)典型的直升機(jī)平臺(tái)與無人機(jī)協(xié)同探測(cè)活動(dòng)。

通過上述運(yùn)行活動(dòng)視圖，可以明確的分析出有人直升機(jī)與無人機(jī)協(xié)同探測(cè)過程的所有作戰(zhàn)流程和作戰(zhàn)活動(dòng)，以及作戰(zhàn)活動(dòng)間存在的消息通信類型。

完成全部作戰(zhàn)場(chǎng)景下的運(yùn)行活動(dòng)視圖后，通過分析和整理，可以總結(jié)歸納出針對(duì)直升機(jī)平臺(tái)協(xié)通作戰(zhàn)活動(dòng)中的運(yùn)行使用需求和平臺(tái)應(yīng)當(dāng)具有的能力項(xiàng)。從作戰(zhàn)信息在作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間交互的時(shí)間順序角度來進(jìn)一步描述作戰(zhàn)活動(dòng)，針對(duì)不同的運(yùn)行場(chǎng)景，生成不同的運(yùn)行場(chǎng)景視圖（OV-6c）模型。最后描述直升機(jī)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)行為和狀態(tài)改變邏輯，構(gòu)建運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換視圖（OV-6b）模型，并對(duì)該模型進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，如圖4。

完成全部OV模型構(gòu)建后，可以對(duì)模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，模型開始運(yùn)行后，可以從順序圖上獲得系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)生的活動(dòng)和事件，通過工具對(duì)模型發(fā)送消息和事件，期待系統(tǒng)去處理這個(gè)信息并在必要時(shí)反饋回一個(gè)信息，從而檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性。通過建立活動(dòng)和能力的映射關(guān)系（CV-6），不斷迭代補(bǔ)充缺失的能力和作戰(zhàn)活動(dòng)，最后得到完整的直升機(jī)平臺(tái)能力需求。

4結(jié)語

本文基于UPDM提供的建模方法，使用rapsody工具構(gòu)建了直升機(jī)平臺(tái)的協(xié)同作戰(zhàn)的運(yùn)行視圖模型，提供了一種適用于型號(hào)早期設(shè)計(jì)的需求分析方法。

參考文獻(xiàn)

[1]M Hause， The Unified Profile forDoDAF/MoDAF （UPDM） enabling system ofsystems on many levels 2010.

[2]M Hause， Model-Based System ofSystems Engineering with UPDM， 2010.