一種地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件設(shè)計(jì)的分析方法

王 俊，劉 喬，高方君

(上海機(jī)電工程研究所，上海 201109)

隨著防空戰(zhàn)術(shù)型號(hào)研制類(lèi)型的增加，在地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件設(shè)計(jì)方面，許多研制單位已積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)階段，隨著戰(zhàn)術(shù)型號(hào)研制要求的變化，地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)型號(hào)軟件的研制面臨著一些新的問(wèn)題［1］。

1)隨著戰(zhàn)術(shù)型號(hào)研制周期的縮短，戰(zhàn)術(shù)軟件的研制周期也要求大大縮短;

2)隨著研制周期的縮短，在研制過(guò)程中對(duì)戰(zhàn)術(shù)軟件不斷提出新的要求，戰(zhàn)術(shù)軟件要不斷進(jìn)行完善;

3)軟件工程化實(shí)施的深入，軟件測(cè)試、軟件文檔及原代碼的更改提出了更嚴(yán)格的要求;

4)用戶對(duì)戰(zhàn)術(shù)軟件的要求，從最簡(jiǎn)單的導(dǎo)彈發(fā)射功能實(shí)現(xiàn)到操控界面友好，到能夠適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的各種變化;

5)隨著研制人員年齡的年輕化，雖然他們能夠很快地接受新的開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)方法，但相對(duì)缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。

面對(duì)這些新的問(wèn)題，如何才能更快更好地完成戰(zhàn)術(shù)軟件的研制任務(wù)，對(duì)軟件研制人員，特別是軟件設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。本文從地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件的頂層設(shè)計(jì)角度出發(fā)，在前人工作的基礎(chǔ)上，給出了一種地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件設(shè)計(jì)的頂層分析方法，試圖總結(jié)系統(tǒng)軟件的頂層設(shè)計(jì)中遇到的一般性問(wèn)題，希望能夠在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初期，對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)全面的分析，盡量避免疏漏的環(huán)節(jié)，為軟件的實(shí)現(xiàn)與完善打下良好的基礎(chǔ)。

1 地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件的共性分析

地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件，雖然不同型號(hào)各有其特點(diǎn)，但是總的來(lái)說(shuō)，各軟件間有很多共性的內(nèi)容，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1)工作模式多樣性

地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件，往往有多種工作模式。從控制的角度，一般分為自主控制、非自主控制與混合控制工作;在單一控制模式下也往往分為作戰(zhàn)、訓(xùn)練和維護(hù)等多種工作模式。

2)處理對(duì)象的屬性復(fù)雜

地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)軟件處理的對(duì)象往往是各端口設(shè)備以及空中目標(biāo)等。對(duì)于端口設(shè)備根據(jù)不同的控制模式和工作模式，往往對(duì)應(yīng)著多種狀態(tài);若端口設(shè)備管理很多下級(jí)設(shè)備，往往還要對(duì)這些下級(jí)設(shè)備狀態(tài)屬性進(jìn)行管理。

對(duì)于空中目標(biāo)，首先，由于現(xiàn)在的地面作戰(zhàn)系統(tǒng)一般配置多個(gè)傳感器，因此，需要對(duì)多個(gè)傳感器的目標(biāo)進(jìn)行管理;其次，需要對(duì)不同端口目標(biāo)的控制指令及目標(biāo)狀態(tài)信息等一系列的信息進(jìn)行管理［2］。

3)輸入輸出端口多

地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)軟件對(duì)外一般起著承上啟下的作用，對(duì)上對(duì)下的端口往往有多個(gè)，特別隨著系統(tǒng)的扁平化發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)軟件的多端口處理能力提出了越來(lái)越高的要求。

系統(tǒng)內(nèi)部，隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，為了更加有效合理地發(fā)揮作戰(zhàn)指揮員的干預(yù)功能，往往在一個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，分解成多個(gè)軟件的配置項(xiàng)，由多個(gè)配置項(xiàng)協(xié)同完成一個(gè)節(jié)點(diǎn)任務(wù)，因此，系統(tǒng)軟件內(nèi)部各配置項(xiàng)間也要進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。

4)周期性處理，輸入不同步，實(shí)時(shí)顯示端口及目標(biāo)狀態(tài)

由于地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)傳感器都周期性采集數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，因此，一般地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)軟件都采用周期性實(shí)時(shí)處理的方式。其次，各輸入端口的輸出周期一般不一致，且各輸入端口間很難實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，因此，一般采取定周期處理的方式。另外，為了提高各節(jié)點(diǎn)操作手的快速反應(yīng)和決策能力，系統(tǒng)軟件各節(jié)點(diǎn)需實(shí)時(shí)顯示與其相關(guān)的各上級(jí)及下級(jí)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，以及當(dāng)前目標(biāo)的控制指令和狀態(tài)。

5)異常及故障處理多

由于地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)軟件交互端口和處理目標(biāo)狀態(tài)的多樣性，因此，需應(yīng)對(duì)的異常及故障處理的狀態(tài)比較多。比如某交互節(jié)點(diǎn)的通信鏈路異常，某交互節(jié)點(diǎn)故障，節(jié)點(diǎn)通信鏈路及狀態(tài)正常的情況下不能給出及時(shí)的控制響應(yīng)等，所有這些問(wèn)題都應(yīng)在軟件設(shè)計(jì)的初期予以充分的考慮，針對(duì)不同的異常邏輯給出合理的應(yīng)對(duì)方法。

以上各問(wèn)題，均是地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)應(yīng)對(duì)的共性問(wèn)題，雖然，我們?cè)谔幚磉@些問(wèn)題上已積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，但面對(duì)這些問(wèn)題，如何分析系統(tǒng):從何入手，怎樣分析它們之間的關(guān)聯(lián)性，缺少一種一般性系統(tǒng)分析方法的總結(jié)，導(dǎo)致了在不同的型號(hào)任務(wù)中，反復(fù)地面對(duì)這些問(wèn)題，導(dǎo)致人力物力資源的浪費(fèi)，以及項(xiàng)目研制計(jì)劃的拖延。

2 地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件的逐層分析方法

2.1 系統(tǒng)環(huán)境分析

系統(tǒng)環(huán)境分析的目的是確定系統(tǒng)的運(yùn)行方式和通信的校驗(yàn)形式［3］。

系統(tǒng)環(huán)境是系統(tǒng)軟件運(yùn)行的載體，分為硬件環(huán)境和軟件環(huán)境。硬件環(huán)境包括系統(tǒng)運(yùn)行的硬件平臺(tái)和與系統(tǒng)交互的硬件接口;軟件環(huán)境包括操作系統(tǒng)、硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序、信息交互所遵循的底層協(xié)議，以及與相關(guān)交互節(jié)點(diǎn)的交互內(nèi)容和頻次。

根據(jù)系統(tǒng)需求，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)環(huán)境的分析，確定系統(tǒng)軟件的運(yùn)行方式是周期性處理還是觸發(fā)式處理。對(duì)于周期性處理，需確定系統(tǒng)的處理周期和周期內(nèi)處理時(shí)序、系統(tǒng)的顯示更新周期以及系統(tǒng)與其它節(jié)點(diǎn)的交互方式;對(duì)于觸發(fā)式處理，需確定觸發(fā)事件和事件觸發(fā)后的處理時(shí)序。

根據(jù)信息交互所遵循的底層協(xié)議，交互頻率及系統(tǒng)需求，確定各通信端口傳輸內(nèi)容的校驗(yàn)形式。

2.2 系統(tǒng)任務(wù)處理層次分析

處理的本質(zhì)是在一定的約束條件下，完成一定的任務(wù)。從任務(wù)的屬性出發(fā)確定系統(tǒng)處理的層次。任務(wù)的屬性主要包括任務(wù)提出方、任務(wù)類(lèi)型、處理對(duì)象、對(duì)象處理邏輯、生成結(jié)果［4］，如圖1所示。

1)任務(wù)提出方

任務(wù)提出方的確認(rèn)是系統(tǒng)軟件處理的最高層次的內(nèi)容，在地面作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件中對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)邏輯的控制方，一般對(duì)應(yīng)軟件執(zhí)行流程的自主控制、非自主控制和混合控制。根據(jù)系統(tǒng)需求，分析給出系統(tǒng)的控制方式:控制方式1、控制方式2、…、控制方式i，并分析總結(jié)各種控制方式的轉(zhuǎn)換條件。

2)任務(wù)類(lèi)型

任務(wù)類(lèi)型的確認(rèn)是系統(tǒng)軟件處理的第二層次的內(nèi)容，在地面作戰(zhàn)系統(tǒng)軟件中對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)任務(wù)的執(zhí)行類(lèi)型，一般對(duì)應(yīng)軟件執(zhí)行流程的作戰(zhàn)、系統(tǒng)訓(xùn)練、本站訓(xùn)練、系統(tǒng)維護(hù)和本站維護(hù)。根據(jù)系統(tǒng)需求，分析給出系統(tǒng)的任務(wù)類(lèi)型:任務(wù)類(lèi)型1、任務(wù)類(lèi)型2、…、任務(wù)類(lèi)型i;并分析總結(jié)各種任務(wù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換條件。

3)處理對(duì)象

處理對(duì)象的確認(rèn)是系統(tǒng)處理的第三層次的內(nèi)容，一般對(duì)應(yīng)軟件執(zhí)行流程中的目標(biāo)、管理的硬件設(shè)備及進(jìn)行交互的各系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，以及系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)管理的設(shè)備，時(shí)間信息、顯示信息、異常信息等。根據(jù)系統(tǒng)需求，分析給出系統(tǒng)的處理對(duì)象:對(duì)象1、對(duì)象2、…、對(duì)象i，并分析出各對(duì)象的狀態(tài)屬性和控制屬性，對(duì)各狀態(tài)屬性間及控制屬性間的轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行分析。

圖1 任務(wù)處理過(guò)程圖

4)對(duì)象處理邏輯

對(duì)象的處理邏輯的確認(rèn)是系統(tǒng)處理的第四層次的內(nèi)容，一般對(duì)應(yīng)軟件執(zhí)行流程中對(duì)象進(jìn)行狀態(tài)或控制屬性轉(zhuǎn)換時(shí)，其它對(duì)象對(duì)它的約束。根據(jù)系統(tǒng)需求，分析給出處理對(duì)象間的邏輯約束:對(duì)象處理邏輯1、對(duì)象處理邏輯2、…、對(duì)象處理邏輯i，并分析出各對(duì)象狀態(tài)屬性間及控制屬性間轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)象間的處理邏輯。

5)生成結(jié)果

生成結(jié)果的確認(rèn)是系統(tǒng)處理的第五層次的內(nèi)容，一般對(duì)應(yīng)軟件執(zhí)行流程中的顯示信息及各端口的輸出信息等。根據(jù)系統(tǒng)需求，分析給出系統(tǒng)的生成結(jié)果:生成結(jié)果1，生成結(jié)果2、…、生成結(jié)果i，并對(duì)各生成結(jié)果間的轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行分析。

經(jīng)過(guò)以上的分析，明確了系統(tǒng)的控制方式、任務(wù)類(lèi)型、處理對(duì)象、對(duì)象處理邏輯及生成結(jié)果的所有狀態(tài)，并明確了其狀態(tài)轉(zhuǎn)移的條件。

2.3 生成原始邏輯網(wǎng)

從系統(tǒng)處理層次的分析可以看出，地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)軟件層次非常復(fù)雜，在不同層次上處理內(nèi)容的交織性強(qiáng)，因此必須對(duì)系統(tǒng)層次處理邏輯進(jìn)行梳理。邏輯梳理的方法，首先是生成原始邏輯網(wǎng)，如圖2所示，從系統(tǒng)的第一層次逐步擴(kuò)展到第五層次。

在進(jìn)行早期的系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析時(shí)，應(yīng)對(duì)縱向?qū)哟伍g功能的交織性給出充分的分析和總結(jié)［5］，為了避免分析時(shí)可能疏漏環(huán)節(jié)，采用先生成原始邏輯網(wǎng)，即開(kāi)始并不關(guān)心不同節(jié)點(diǎn)間是否有關(guān)，而是先賦予它們關(guān)系，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中必須給出充分的理由，才能夠明確該關(guān)系是否成立，或目前不能確定。

圖2 系統(tǒng)原始邏輯網(wǎng)

在很多情況下，很多設(shè)計(jì)師并非采用邏輯網(wǎng)的方法，而是從頂層的某個(gè)分支按樹(shù)狀直接向下一層次展開(kāi)，最后生成結(jié)果。這種方法雖然相對(duì)簡(jiǎn)單、直接，但存在兩個(gè)缺點(diǎn)［6］。

1)容易遺漏分支

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初期，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)人員，對(duì)系統(tǒng)處理的內(nèi)容還沒(méi)有一個(gè)全面的了解，采用自頂向下的分析方法，梳理出的系統(tǒng)過(guò)程，往往是系統(tǒng)處理的主干，對(duì)系統(tǒng)的故障及異常處理特別容易遺漏。這樣容易導(dǎo)致兩種情況的發(fā)生:1)軟件實(shí)現(xiàn)后，在后續(xù)的試驗(yàn)中，才發(fā)現(xiàn)這樣的問(wèn)題，將耗費(fèi)幾倍甚至幾十倍的人力物力才能解決，并且拖延了研制周期;2)到產(chǎn)品交付也不一定發(fā)現(xiàn)這樣的問(wèn)題，這些問(wèn)題將隱藏在交付的所有產(chǎn)品中。

2)節(jié)點(diǎn)處理的重用性、擴(kuò)展性不強(qiáng)

當(dāng)同一個(gè)處理對(duì)象，被不同的上層調(diào)用時(shí)，按自頂向下的分析方法，可能設(shè)計(jì)出多種接口，不利于重用性擴(kuò)展性設(shè)計(jì)，也不利于后期的維護(hù)。

對(duì)系統(tǒng)處理進(jìn)行層次分析時(shí)，先生成原始的邏輯網(wǎng)，再進(jìn)行后續(xù)的分析，將有效克服以上兩個(gè)缺點(diǎn)。

2.4 邏輯網(wǎng)的歸并

接下來(lái)就要將邏輯網(wǎng)進(jìn)行歸并。邏輯網(wǎng)歸并的目的有三個(gè):刪除多余分支、歸并重用分支、生成相關(guān)矩陣。

1)刪除多余分支

在原始邏輯網(wǎng)連接的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)需求，按照從頂層開(kāi)始，從左往右梳理每一層與上下兩層間的關(guān)系的方法進(jìn)行梳理;按照刪除毫不相關(guān)的連接，保留當(dāng)前不能確定關(guān)系連接(避免過(guò)多刪除分支)和已明確關(guān)系連接的原則，完成對(duì)原始邏輯網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系梳理。通過(guò)梳理，最終原始邏輯網(wǎng)中保留當(dāng)前不能確定關(guān)系連接和已明確關(guān)系連接，分別采用虛線連接和實(shí)線連接。

2)歸并重用分支

首先，對(duì)實(shí)線連接，確定它們之間的輸入輸出;對(duì)于虛線連接，給出它們間可能存在的輸入輸出。其次，對(duì)于被多個(gè)上層調(diào)用的同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，梳理其輸入輸出關(guān)系，給出一個(gè)統(tǒng)一的接口。

3)生成邏輯網(wǎng)及相關(guān)矩陣

經(jīng)過(guò)以上分析，生成了邏輯網(wǎng)。為了便于對(duì)邏輯網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)間關(guān)聯(lián)性管理，對(duì)存在關(guān)聯(lián)的各節(jié)點(diǎn)，生成相關(guān)矩陣。生成的相關(guān)矩陣表，如表1所示(畫(huà)√的行與列存在相關(guān)性)，通過(guò)表1的每一列可以看到第一層次的節(jié)點(diǎn)與本層及其它層節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性。同時(shí)生成的表1還為將來(lái)軟件文檔的編寫(xiě)、軟件的實(shí)現(xiàn)及后期的維護(hù)提供了一個(gè)相關(guān)性查詢依據(jù)。對(duì)于不同層次的節(jié)點(diǎn)，都可以列出同樣的表。

表1 層次節(jié)點(diǎn)縱向橫向相關(guān)矩陣

2.5 逐層分析生成的結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件的逐層分析法的分析，生成如下結(jié)果:系統(tǒng)運(yùn)行方式及對(duì)外接口傳輸?shù)男ｒ?yàn)方式，系統(tǒng)層次圖及層內(nèi)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換條件，系統(tǒng)邏輯網(wǎng)、邏輯網(wǎng)的縱向關(guān)聯(lián)接口及邏輯網(wǎng)相關(guān)矩陣。以上結(jié)果的生成，完成了對(duì)一個(gè)系統(tǒng)軟件的頂層的初步分析，為后續(xù)軟件文檔的編寫(xiě)及軟件實(shí)現(xiàn)和維護(hù)，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件的共性特點(diǎn)，并針對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)軟件分析方法的不足，提出了一種新的戰(zhàn)術(shù)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析方法，希望能為戰(zhàn)術(shù)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將來(lái)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，如何入手分析系統(tǒng)，在文檔編寫(xiě)之前，對(duì)系統(tǒng)軟件的哪些內(nèi)容進(jìn)行分析，如何分析等工作的開(kāi)展帶來(lái)幫助。

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