基于UML的對空情報雷達(dá)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(duì)，北京100042）

0 引 言

對空情報雷達(dá)組網(wǎng)是發(fā)現(xiàn)隱身飛機(jī)、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(dá)運(yùn)用的必然趨勢[1]。對空情報雷達(dá)網(wǎng)是集多種偵察雷達(dá)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(shí)時多變、不確定性大，使得通過計算機(jī)建模和仿真對對空情報雷達(dá)組網(wǎng)效能和運(yùn)用方法進(jìn)行分析成為有效手段。目前，針對雷達(dá)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(dá)裝備遂行作戰(zhàn)任務(wù)、密切協(xié)同已到達(dá)作戰(zhàn)需求的仿真系統(tǒng)很少。因此。對對空情報雷達(dá)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(dá)裝備進(jìn)行有效的組織集成，才能達(dá)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。UML取代目前軟件業(yè)眾多的分析設(shè)計方法，成為一種標(biāo)準(zhǔn)，是一種在大型復(fù)雜系統(tǒng)建模領(lǐng)域中得到認(rèn)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_(dá)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(dá)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(dá)網(wǎng)是以大型骨干雷達(dá)為基礎(chǔ)，兼以低空補(bǔ)盲為輔助的有機(jī)組合，力求形成全方位、有重點(diǎn)、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(dá)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(dá)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(shí)時的過程仿真，提供雷達(dá)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(shí)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(yàn)雷達(dá)組網(wǎng)的探測效果。對空情報雷達(dá)組網(wǎng)仿真系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 對空情報雷達(dá)組網(wǎng)仿真系統(tǒng)組成

2 對空情報雷達(dá)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(qiáng)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(biāo)[3]。從實(shí)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(shí)施雷達(dá)組網(wǎng)的部署，空情想定運(yùn)行中對雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行指揮控制。

（2）任務(wù)想定導(dǎo)調(diào)人員，他規(guī)劃雷達(dá)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(yùn)行。

（3）訓(xùn)練監(jiān)控人員，他監(jiān)視雷達(dá)組網(wǎng)部署的實(shí)施情況和雷達(dá)網(wǎng)探測仿真的運(yùn)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(dá)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(jī)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(jī)型等，指定部署使用的雷達(dá)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(dá)所處陣地位置，檢查陣地條件，察看雷達(dá)網(wǎng)探測范圍。部署完畢后，啟動組網(wǎng)雷達(dá)的運(yùn)行。

（3）組網(wǎng)雷達(dá)接收想定空情，仿真對目標(biāo)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(dá)的運(yùn)行情況，控制組網(wǎng)雷達(dá)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(jìn)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(dá)網(wǎng)探測結(jié)果，對雷達(dá)網(wǎng)探測情況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)視和分析。

（7）任務(wù)態(tài)勢顯示。

（8）雷達(dá)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(dá)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(shí)時生成、雷達(dá)網(wǎng)部署、雷達(dá)陣地數(shù)據(jù)分析、雷達(dá)探測范圍繪制、雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)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(dá)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(shí)際情況接近，雷達(dá)的仿真要符合或貼近雷達(dá)的性能，以使組網(wǎng)仿真能夠體現(xiàn)出符合實(shí)際的對抗效果。

在仿真過程中不僅要設(shè)置復(fù)雜的目標(biāo)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(shí)現(xiàn)雷達(dá)組網(wǎng)探測與對抗仿真。對空情報雷達(dá)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(shí)時改變各種干擾設(shè)置，并仿真機(jī)載偵收雷達(dá)對雷達(dá)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(dá)實(shí)施攻擊。而訓(xùn)練席，則根據(jù)當(dāng)前的發(fā)現(xiàn)情況和各雷達(dá)被干擾的情況，采取相應(yīng)的措施，設(shè)置雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)，改善雷達(dá)網(wǎng)對目標(biāo)的探測效果，避免雷達(dá)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(dá)組網(wǎng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的過程，也體現(xiàn)了雷達(dá)組網(wǎng)探測的對抗性。

圖2 對空情報雷達(dá)組網(wǎng)仿真系統(tǒng)用例圖

3 對空情報雷達(dá)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(dá)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(dá)到的探測效果，包括指揮機(jī)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(yùn)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(yùn)行仿真數(shù)據(jù)。

（3）雷達(dá)網(wǎng)部署模型

雷達(dá)網(wǎng)部署模型用于描述雷達(dá)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(dá)模型

雷達(dá)模型用于描述系統(tǒng)中各仿真雷達(dá)屬性及對虛擬空情探測能力。主要是雷達(dá)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(dá)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(dá)探測效果。

（5）電子戰(zhàn)模型

電子戰(zhàn)模型用于描述干擾機(jī)、雷達(dá)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(jī)及干擾的模型、偵收雷達(dá)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(dá)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(dá)的摧毀能力。

（6）雜波模型

雜波模型用于描述雷達(dá)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(dá)網(wǎng)的部署和探測效果進(jìn)行評估。對雷達(dá)網(wǎng)的部署根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行靜態(tài)評估，對雷達(dá)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(dá)控制的正確性進(jìn)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(dá)組網(wǎng)仿真系統(tǒng)中的主要類圖。

圖3 對空情報雷達(dá)組網(wǎng)仿真系統(tǒng)主要類圖

4 對空情報雷達(dá)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(diǎn)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。活動圖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(dá)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(dá)部署、雷達(dá)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(jìn)行各項(xiàng)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(shí)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(dá)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(dá)網(wǎng)的部署和雷達(dá)網(wǎng)的探測仿真的全過程。

圖4 對空情報雷達(dá)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(yùn)用UML來對對空情報雷達(dá)組網(wǎng)仿真系統(tǒng)進(jìn)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(dá)成共識。限于篇幅，本文只給出了對空情報雷達(dá)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(jìn)一步修改、細(xì)化、完善，使之更加符合對空情報雷達(dá)組網(wǎng)的實(shí)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(qiáng).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.