基于UPDM的直升機平臺協(xié)同作戰(zhàn)建模與驗證

鄭磊

摘要：本文基于UPDM提供的建模方法，使用rapsody工具構(gòu)建了直升機平臺的協(xié)同作戰(zhàn)的運行視圖模型，并對模型進(jìn)行了仿真驗證，提供了一種適用于型號早期設(shè)計的需求分析方法。

[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)爭早已發(fā)展到以共享信息化網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的平臺級和武器級的協(xié)同作戰(zhàn)樣式，作戰(zhàn)平臺的系統(tǒng)設(shè)計方式已由先期研制、后期集成逐步過渡到注重先期頂層設(shè)計全過程驗證。直升機作為重要的低空作戰(zhàn)平臺，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)行早期的直升機協(xié)同作戰(zhàn)需求分析可以在型號設(shè)計初期進(jìn)行完整的需求捕獲，在不考慮系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計實現(xiàn)的前提下，覆蓋全部的外界因素與設(shè)計平臺之間的行為交互，為后續(xù)的分系統(tǒng)詳細(xì)建模和設(shè)計提供完整的設(shè)計輸入指導(dǎo)。

UPDM是OMG組織發(fā)布的可視化的圖形建模標(biāo)準(zhǔn)，用于美國和英國國防體系架構(gòu)的開發(fā)，同時支持DoDAF和MoDAF兩種框架，對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)計是一個自頂向下，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證、校核模型與需求對應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確性和一致性，從而不斷迭代完善頂層設(shè)計需求。UPDM提供了多個角度的模型視圖，包括總視圖、能力視圖、運行視圖、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、作戰(zhàn)節(jié)點之間的信息交換關(guān)系，定義交互信息的類型、頻度、內(nèi)容和作戰(zhàn)節(jié)點的行為邏輯，對于平臺設(shè)計的早期需求捕獲過程來說，無需考慮系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計實現(xiàn)，可覆蓋全部的外界因素與設(shè)計平臺之間的行為交互，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)計提供設(shè)計輸入。因此，構(gòu)建能力視圖和運行視圖模型在系統(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行視圖見表1。

3直升機平臺協(xié)同作戰(zhàn)建模與驗證

直升機作為重要的低空作戰(zhàn)平臺，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。有人直升機和無人機混合編隊協(xié)同作戰(zhàn)是一個典型的協(xié)同作戰(zhàn)場景，無人機群在有人直升機外圈飛行，相互之間通過數(shù)據(jù)鏈通信，實現(xiàn)二者信息共享，根據(jù)有人機飛行員的指揮控制開展任務(wù)，既提高了有人飛機的生存能力又延伸了無人機的探測距離和攻擊距離。

在整個模型構(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)建整個架構(gòu)的運行概念，包括要執(zhí)行的任務(wù)和作戰(zhàn)節(jié)點，梳理整個運行架構(gòu)的組成和作戰(zhàn)節(jié)點間交互關(guān)系，構(gòu)建作戰(zhàn)節(jié)點的作戰(zhàn)活動，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)點的行為和節(jié)點間的事件和消息，梳理每個作戰(zhàn)節(jié)點對應(yīng)的哪些作戰(zhàn)活動及其通信接口，建立活動和能力的映射關(guān)系，不斷迭代補充缺失的能力和作戰(zhàn)活動，最后得到完整的能力需求。整個過程以O(shè)V-1為驅(qū)動，0V-5為過程，0V-2和0V-3為核心，OV-6c和OV-6b提供驗證機制生成可執(zhí)行的模型，通過對模型的仿真驗證，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行視圖模型，并不斷對模型進(jìn)行迭代。整個過程如圖1所示。

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

在作戰(zhàn)節(jié)點關(guān)系視圖中，可以明確參與的作戰(zhàn)節(jié)點，梳理初步的節(jié)點間信息交互類型和通信端口。在明確節(jié)點關(guān)系的基礎(chǔ)上，對發(fā)生在直升機協(xié)同作戰(zhàn)過程中的作戰(zhàn)活動進(jìn)行分析，重點關(guān)注作戰(zhàn)活動之間的關(guān)系以及活動間的輸入輸出信息，構(gòu)建運行活動視圖（OV-5）模型，并可同步生成信息交互矩陣視圖（OV-3）。圖3描述了一個典型的直升機平臺與無人機協(xié)同探測活動。

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

完成全部作戰(zhàn)場景下的運行活動視圖后，通過分析和整理，可以總結(jié)歸納出針對直升機平臺協(xié)通作戰(zhàn)活動中的運行使用需求和平臺應(yīng)當(dāng)具有的能力項。從作戰(zhàn)信息在作戰(zhàn)節(jié)點之間交互的時間順序角度來進(jìn)一步描述作戰(zhàn)活動，針對不同的運行場景，生成不同的運行場景視圖（OV-6c）模型。最后描述直升機作戰(zhàn)節(jié)點的動態(tài)行為和狀態(tài)改變邏輯，構(gòu)建運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換視圖（OV-6b）模型，并對該模型進(jìn)行調(diào)試運行，如圖4。

完成全部OV模型構(gòu)建后，可以對模型進(jìn)行仿真驗證，模型開始運行后，可以從順序圖上獲得系統(tǒng)運行時實時發(fā)生的活動和事件，通過工具對模型發(fā)送消息和事件，期待系統(tǒng)去處理這個信息并在必要時反饋回一個信息，從而檢驗設(shè)計的正確性。通過建立活動和能力的映射關(guān)系（CV-6），不斷迭代補充缺失的能力和作戰(zhàn)活動，最后得到完整的直升機平臺能力需求。

4結(jié)語

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

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.