基于UML的搜索雷達仿真系統建模與實現*

鄧東旭，王學智，徐躍

(空軍工程大學 防空反導學院，陜西 西安　710051)

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仿真技術

基于UML的搜索雷達仿真系統建模與實現*

鄧東旭，王學智，徐躍

(空軍工程大學 防空反導學院，陜西 西安710051)

摘要：為了構建某防空火力單元仿真系統中搜索雷達的仿真模塊，介紹了基于統一建模語言UML(unified modeling language)的搜索雷達仿真系統的建模與實現，利用UML為搜索雷達仿真系統進行面向對象的分析建模，構建了搜索雷達仿真系統的用例模型，動態模型和靜態模型。最后給出了系統的具體實現，仿真實驗表明系統設計的可行性。

關鍵詞：防空火力單元；搜索雷達；UML；面向對象；建模；仿真系統

0引言

搜索雷達作為防空火力單元的重要組成部分[1]，能夠對目標進行搜索、識別和跟蹤，對防空作戰的過程具有重要影響。因此模擬搜索雷達并在防空火力單元的仿真軟件中使用，用于模擬對應雷達的工作過程和性能，對于提高仿真火力單元的作戰性能和雷達自身精度上的逼真度具有重要影響。搜索雷達模擬軟件的主要功能是根據劇情產生系統的空情信息，模擬搜索雷達對目標的探測發現過程，對探測到的目標點跡進行相關處理，形成目標航跡，并發送給情報處理軟件。

由于面向過程的程序設計方法在大型項目中逐漸暴露出軟件的開發難度大、不易維護等缺點，而面向對象分析則由于對對象的封裝、繼承等使得它更能靈活和高效的適應需求的變化[2]。在不斷的使用和發展的的過程中，UML逐漸成為一種功能強大，表達清晰且通用性較高的建模語言，本文針對搜索雷達仿真系統的特點，基于面向對象的思想，采用UML對搜索雷達仿真系統進行建模與實現[3]。

1基于UML的仿真系統建模

UML(unifiedmodelinglanguage，統一建模語言)是由GrayBooch,JimRumbaugh,IvarJacobson3位著名的面向對象技術專家在基于Booch方法、OOSE方法與OMT方法上，提出的通用圖形化標準建模語言。該方法用視圖模型來描述系統結構(靜態)和行為(動態)。在軟件系統開發過程中主要應用到CIM(computationindependentmodel)和PIM(platformindependentmodel)階段的UML模型。

1.1UML建模步驟

CIM關注于本系統與外部系統的交互，不涉及具體細節，屬于概要設計，具體包括以下3個步驟[4]：

CIM-1：確定系統功能，建立系統的用例模型。此階段描述了新建系統的總體功能。

CIM-2：分析系統工作流程，建立活動圖。此階段需要分析CIM-1階段的用例流程，繪制出活動圖。

CIM-3：規定系統范圍，建立系統用例圖。此階段將反應出CIM-1和CIM-2的具體執行動作。

PIM屬于詳細設計階段，它不涉及系統的具體平臺且關注于軟件系統的內部細節，具體包括以下4個步驟：

PIM-1：分析系統流程，總結系統用例敘述。針對系統用例，分析其內部細節，并編寫系統用例敘述。

PIM-2：分析業務流程，建立狀態圖。根據業務流程，針對相應業務對象繪制出狀態圖。

PIM-3：定義靜態結構，建立類圖。此階段用類表示系統內部的靜態結構。

PIM-4：定義操作及方法，建立序列圖。此階段用以表示系統內對象間共同完成某一用例時，相互間的動態交互過程。

1.2搜索雷達仿真系統建模

文中基于UML的7個建模步驟，采用Visio軟件工具對搜索雷達仿真軟件進行建模[5]。文中先對搜索雷達的業務用例進行建模，然后以搜索雷達業務用例中的“目標探測模擬”為特例進行建模。

1.2.1業務用例建模

UML模型中的用例建模通常用于描述系統應該具備的功能。通過對搜索雷達仿真軟件的需求分析，對于防空作戰火力單元仿真系統來說，搜索雷達仿真軟件主要有3類功能：目標探測模擬；航跡生成與管理；管控信息處理。用例圖如圖1所示。

圖1　搜索雷達仿真軟件用例圖Fig.1　Use case diagram of the simulation software of search radar

目標探測模擬用于判別在有干擾或無干擾的條件下目標是否能被雷達探測到[6]。結合目標的狀態和特性，計算雷達對目標的探測概率，判斷是否發現目標；根據雷達探測目標的結果，對探測到的目標點跡進行相關處理并形成航跡；航跡生成與管理描述探測模型對探測到的目標點跡進行相關處理并形成航跡的過程；管控信息處理對接受到的作戰指揮軟件的管控命令進行執行處理，并將雷達的狀態返回給作戰指揮軟件[7]。由于目標探測模擬功能是搜索雷達的主要功能，下面以用例“目標探測模擬”為例來講述如何利用UML對搜索雷達仿真軟件進行建模[8]。

1.2.2活動圖建模

活動圖類似軟件的流程圖，是每個業務用例的邏輯過程。但活動圖是概念級的，見圖2。而軟件流程圖描述的則是具體的程序設計。下面主要針對目標探測模擬用例分析其工作流程。

圖2　用例“目標探測模擬”執行活動圖Fig.2　Enforcement activities diagram of “target detection simulation”

用例“目標探測模擬”的執行流程描述如下：

(1) 預處理接收的目標信息，判斷該目標是否在當前扇區，若目標不在當前扇區，則轉回(1)，若目標在當前扇區，則轉(2)；

(2) 計算雷達接收到的目標回波功率；

(3) 判斷當前有無干擾，若無干擾，計算信噪比，轉(5)；

(4) 有干擾，計算信干比，轉(5)；

(5) 計算雷達對目標的探測概率；

(6) 判斷本次掃描能否發現目標，若能發現目標，轉(8)；

(7) 若不能發現目標，則轉(1)；

(8) 目標位置信息加誤差；

(9) 流程結束。

1.2.3系統用例建模

系統用例模型將明確系統作用和范圍，是系統設計和開發的基礎。在不考慮實現細節的基礎上來描述用戶的功能需求，見圖3。

圖3　用例“目標探測模擬”用例圖Fig.3　Use case diagram of “target detection simulation”

該用例描述模擬預警雷達探測目標的過程[9]。仿真雷達的探測能力，結合目標的狀態和特性，計算雷達對目標的探測概率，判斷是否發現目標[10]；根據雷達探測目標的結果，對探測到的目標點跡進行相關處理并形成航跡[11]。

1.2.4用例說明

系統用例描述是針對每一個系統用例，分析其內部細節，編寫成系統用例敘述。

以下是對“目標探測模擬”的用例敘述:

(1) 劇情產生軟件發送空情信息；

(2) 作戰指揮軟件發送雷達開機命令；

(3) 對接受到的目標信息進行處理；

(4) 計算該目標是否已經被探測到；

(5) 進行編批處理，形成航跡。

1.2.5狀態圖建模

狀態圖可以捕獲對象、子系統和系統的生命周期。它們可以告知一個對象可以擁有的狀態，并且事件會怎樣隨著時間的推移來影響這些狀態。

狀態圖是活動圖的一個變體，兩者的表現形式殊途同歸。基于目標探測模塊的特點，本文同時用圖2來表示用例“目標探測模擬”的狀態圖。

1.2.6類圖建模

在UML中，用類圖和對象圖來表示類與對象模型，屬于靜態建模的范疇[12]。類與對象是面向對象技術的基本元素，類是對同一類事物的抽象。面向對象程序設計優于常規面向過程程序設計的特點是對對象(或類)的封裝性，實現了對程序功能模塊的封裝，進而使整個程序做到“高內聚、低耦合”。

以搜索雷達為關注點的有關類，主要包括“目標探測管理(TargetProcess)”類，“管控信息處理(InformationManage)”類，“航跡生成與管理(SimulationManage)”類，“控制管理(ManageControl)”類。見圖4。

在圖4中，給出了4個類，每個類都有自己的屬性(數據)和操作，‘目標探測模擬’類，即TargetProcess類的屬性和操作見下敘述:

(1) 屬性

m_taget

屬性描述：待處理目標

(2) 操作

FindTarget：目標發現判斷，若在連續5個周期中有3個周期中能發現目標，則標示為跟蹤，否則丟棄；

GiveTargetNum：給跟蹤的目標編批號；

IsInShanqu：判斷目標是否在雷達扇區范圍之內；

GiveFindProbality：計算雷達探測目標的概率。

圖4　用例“目標探測模擬”類圖Fig.4　Class diagram of “target detection simulation”

1.2.7序列圖建模

為詳細考察類的動態結構，可利用序列圖定義程序執行時每一步需要執行的具體操作。圖5顯示了對象之間的動態協作，著重描述對象間消息傳遞的時間順序。序列圖的2個坐標軸，橫坐標為顯示對象，縱坐標為顯示時間。

為得到更完備的類圖，可根據序列圖和靜態類圖進一步開發程序需要的類[13]。

2搜索雷達仿真系統實現

2.1搜索雷達仿真系統工作流程

為適應系統需求，采用模塊化思想對所建立的搜索雷達仿真系統進行編程實現[14]。在相繼完成目標探測，管控信息處理和航跡生成與管理用例的建模后，使用VC++6.0編程工具提供的MFCAppWizard(dll)組件開發功能，按照系統的邏輯架構設計實現，如圖6所示。

圖5　用例<目標探測模擬>序列圖Fig.5　Sequence diagram of target detection simulation

2.2搜索雷達仿真軟件實現

將建立的搜索雷達仿真軟件應用于某防空火力單元仿真系統中[15]，實現了某型搜索雷達的仿真系統，雷達顯示界面如圖7所示。

圖6　搜索雷達探測仿真模型處理流程Fig.6　Process flow of the detection simulation model of search radar

圖7　搜索雷達仿真軟件工作界面Fig.7　Work interface of the simulation software of search radar

3結束語

本文根據防空火力單元仿真系統對雷達裝備的特殊要求，依據雷達裝備的用途和工作原理，提出一種基于模塊化的雷達裝備建模與仿真框架。建立并實現了一種通用性強，可移植性好的雷達系統模擬軟件。目前，該仿真軟件在成功應用于某防空火力單元仿真系統的過程中能夠較好的反映雷達的工作流程及實際性能。

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Modeling and Implementation of Simulation of Search RadarBasedonUML

DENG Dong-xu, WANG Xue-zhi, XU Yue

(AFEU,Air and Missile Defense College, Shaanxi Xi’an 710051, China)

Abstract:In order to build a radar simulation module of an air defense fire unit simulation system, a search radar simulation system based on UML (unified modeling language) is introduced. The object-oriented at analyzing modeling for search radar simulation system is proposed to compose a use-case model, dynamic model and a static model with UML. The scheme of implementation is given in the end. The simulation shows that the design of training simulation system is feasible.

Key words:air defense fire unit; search radar; unified modeling language(UML); object-oriented; modeling；simulation system

*收稿日期：2015-07-09；修回日期：2015-08-17

作者簡介：鄧東旭(1988-)，男，河北省保定人。碩士生，研究方向為武器系統仿真技術。

通信地址：710051西安市灞橋區長樂東路甲字一號空軍工程大學E-mail：785646909@qq.com

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2016.03.031

中圖分類號：TN959.1+1；TP391.9

文獻標志碼：A

文章編號：1009-086X(2016)-03-0201-07