雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的工程化設計

張坤峰，鄭灼洋，羅 杰，紀 要

（船舶重工集團公司723所，揚州225001）

0 引 言

近年來，隨著計算機仿真技術和軟件工程化的發(fā)展，軍用雷達與電子戰(zhàn)模擬仿真軟件系統(tǒng)［1］的設計必須遵循軟件工程化的設計要求，既要具有相當高的實時性，又要具有比武器系統(tǒng)更美觀的人機界面。雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)作為雷達與電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)軟件的一個重要分支，其設計也必須采用軟件工程化的設計理念。軟件工程化的設計理念和過程［2］首先是根據(jù)用戶需求進行軟件需求分析，在需求分析階段主要對軟件的功能需求、接口需求和設計要求等進行分析；在軟件需求分析完成之后，進入軟件設計階段，進行軟件結構、軟件接口、軟件流程等設計，形成軟件設計文檔，也可根據(jù)軟件的規(guī)模和復雜程度將軟件設計階段分為軟件概要設計和軟件詳細設計，軟件設計文檔形成后，可進行軟件編碼、軟件集成，產(chǎn)生軟件源代碼和可執(zhí)行文件；最后進入軟件系統(tǒng)測試階段，完成對軟件的測試、修正、回歸測試和維護。目前，軟件工程化的設計理念和方法已得到了非常廣泛的推崇，并在提高軟件可靠性方面效果顯著。

雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的設計遵循了軟件工程化的設計理念，既滿足了高實時性的要求，又兼顧了人機界面的美觀。為了滿足實時性要求的需求，采用了分布式系統(tǒng)的設計思想，根據(jù)系統(tǒng)運行環(huán)境，將雷達目標回波與干擾模擬器軟件系統(tǒng)分為非實時和實時兩部分。非實時部分主要運行于高性能工業(yè)控制計算機上，實時部分運行于高性能數(shù)字信號處理器（DSP）＋大規(guī)?，F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）＋高速I／O的專用集成板卡。為了滿足人機界面美觀性的要求，雷達目標與干擾模擬軟件系統(tǒng)顯示控制程序采用Microsoft Windows XP操作系統(tǒng)，運用標準 Windows標準界面風格，使人機界面既美觀又方便實用。由于Windows XP操作系統(tǒng)為非實時操作系統(tǒng)，為了保證實時通訊，采用外部定時中斷的方法來實現(xiàn)。

1 軟件需求分析

軟件需求分析階段主要是依據(jù)用戶的軟件設計要求，充分與用戶進行溝通交流，詳細分析軟件系統(tǒng)的功能需求、接口需求和設計要求等，形成完善的軟件需求分析文檔，包括軟件需求規(guī)格說明、開發(fā)計劃、質(zhì)量保證［3］計劃、測試計劃等一系列管理文檔，工作繁雜，且工作量大，該階段是軟件工程化設計歷時較長的重要階段，是軟件實現(xiàn)和質(zhì)量保證的關鍵階段。

雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)在軟件需求分析階段形成了完備的軟件需求規(guī)格說明、開發(fā)計劃、質(zhì)量保證計劃、測試計劃等文檔。為體現(xiàn)雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的需求分析階段，這里僅介紹其軟件需求分析規(guī)格說明中的功能需求、接口需求和設計要求。

根據(jù)軟件需求分析，雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)主要包括以下功能：

（1）具備雷達目標干擾模擬系統(tǒng)的軟、硬件初始化、自檢和標校功能；

（2）具備雷達目標干擾模擬系統(tǒng)的系統(tǒng)管理和操控顯示功能；

（3）具備雷達目標干擾模擬系統(tǒng)的戰(zhàn)情設置、生成和運行功能；

（4）具備雷達目標干擾模擬系統(tǒng)的接口通信功能；

（5）具備雷達目標回波信號的產(chǎn)生控制和幅度控制功能；

（6）具備欺騙干擾信號的產(chǎn)生控制和幅度控制功能；

（7）具備噪聲干擾信號的產(chǎn)生控制及幅度控制功能。

根據(jù)軟件需求分析，雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)無外部接口需求，只包括內(nèi)部接口需求。其內(nèi)部接口主要包括顯示控制單元與幅度控制單元的接口、顯示控制單元與目標及欺騙干擾產(chǎn)生單元的接口、顯示控制單元與噪聲干擾產(chǎn)生單元的接口。

根據(jù)軟件需求分析，雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的部分設計要求包括：

（1）實時性要求：仿真周期為毫秒級，CPU占用率＜70%，內(nèi)存占用率＜50%；

（2）人機界面要求：可視化強、美觀、便于操作；

（3）軟件測試要求：靜態(tài)測試、動態(tài)測試。

2 軟件設計

軟件設計階段主要是對軟件需求規(guī)格說明的所有需求進行設計，同時對軟件開發(fā)計劃、質(zhì)量保證計劃、測試計劃中的內(nèi)容進行落實。一般情況下，對于復雜的大型軟件系統(tǒng)而言，可將軟件設計階段分為軟件概要設計和軟件詳細設計2個階段。軟件設計最終需形成軟件設計說明、軟件配置項測試說明、軟件部件測試說明和軟件單元測試說明等文件。

軟件編碼人員必須嚴格按照軟件設計說明進行代碼編制，軟件測試人員需依據(jù)軟件配置項測試說明、軟件部件測試說明、軟件單元測試說明進行軟件測試。軟件單元和軟件部件測試完成，且進行修正之后，即可進行軟件集成，形成軟件系統(tǒng)源代碼和可執(zhí)行程序。雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的軟件設計階段，嚴格遵守上述過程進行設計，最終形成了完整的軟件設計說明文檔、軟件配置項測試說明、軟件部件測試說明和軟件單元測試說明等文檔。

下面簡要介紹雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的軟件結構設計、接口設計、控制流程設計、人機界面設計等方面的設計內(nèi)容，以體現(xiàn)雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的軟件設計階段。

2.1 軟件結構設計

雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)運行的硬件環(huán)境主要由顯示控制計算機、幅度控制器、目標回波及欺騙干擾產(chǎn)生器和噪聲產(chǎn)生器組成。其中，顯示控制計算機為高性能工業(yè)控制計算機，幅度控制器、雷達目標回波及欺騙干擾技術產(chǎn)生器和噪聲產(chǎn)生器均為高性能DSP＋大規(guī)模FPGA＋高速I／O的專用集成板。雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)運行的硬件環(huán)境如圖1所示。

圖1 雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)運行硬件環(huán)境

根據(jù)軟件需求規(guī)格說明中的功能需求、設計要求和軟件運行的硬件環(huán)境的情況，雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)分為顯示控制軟件、幅度控制軟件、目標回波及欺騙干擾軟件和噪聲干擾軟件四部分，并分別運行于顯示控制計算機、幅度控制器、目標回波及欺騙干擾技術產(chǎn)生器、噪聲產(chǎn)生器上。因此，按照軟件工程化的設計要求，雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)設一個軟件配置項，命名為雷達目標回波與干擾模擬軟件配置項，配置項標識為：CSCI：RTJS。該軟件配置項共分為兩級軟部件，包括4個一級軟部件、32個二級軟部件，雷達目標回波與干擾模擬軟件配置項結構設計框圖如圖2所示。

圖2 雷達目標回波與干擾模擬軟件配置項結構設計框圖

雷達目標回波與干擾模擬軟件配置項結構設計中，充分考慮了軟件需求規(guī)格說明中對軟件實時性達到毫秒級仿真周期的設計要求，采用了分布式系統(tǒng)的設計思路，并將雷達目標回波與干擾模擬器軟件系統(tǒng)分為非實時和實時兩部分。

其中顯示控制軟部件為非實時部分，運行于高性能工業(yè)控制計算機上，幅度控制軟部件、目標及欺騙干擾軟部件和噪聲干擾軟部件為實時部分，運行于幅度控制器、目標回波及欺騙干擾產(chǎn)生器和噪聲產(chǎn)生器中的高性能DSP＋大規(guī)模FPGA＋高速I／O的專用集成板卡。

為了兼顧可視化強、美觀、便于操作的人機界面要求，顯示控制軟部件采用Microsoft Windows XP操作系統(tǒng)，運用標準 Windows標準界面風格，使人機界面既美觀又使用方便。由于Windows XP操作系統(tǒng)為非實時操作系統(tǒng)，為了滿足實時性要求，在顯示控制軟部件中利用底層中斷接收幅度控制軟部件控制的FPGA產(chǎn)生的外部硬定時中斷，保證了系統(tǒng)的實時性。

2.2 軟件接口設計

雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)無外部接口需求。內(nèi)部接口需求主要為了實現(xiàn)顯示控制軟件與幅度控制軟件、目標回波及欺騙干擾軟件和噪聲干擾軟件的通信，最終實現(xiàn)軟件系統(tǒng)對硬件系統(tǒng)的時序控制。

根據(jù)軟件需求規(guī)格說明中的軟件接口需求，按照軟件工程化的設計方法，雷達目標回波與干擾模擬軟件配置項（CSCI：RTJS）主要包括以下內(nèi)部接口，分別為：

（1）顯示控制軟部件與幅度控制軟部件的接口，標識為：SCII：RTJS／SMCD＿AMC；

（2）顯示控制軟部件與目標及欺騙干擾軟部件的接口，標識為：SCII：RTJS／SMCD＿TJM；

（3）顯示控制軟部件與噪聲干擾軟部件的接口，標識為：SCII：RTJS／SMCD＿NJM。

雷達目標回波與干擾模擬軟件配置項的接口框圖如圖3所示，其接口信息如表1所示。

圖3 雷達目標回波與干擾模擬軟件配置項接口組成框圖

2.3 軟件控制流程設計

根據(jù)軟件需求規(guī)格說明中的軟件系統(tǒng)控制時序關系的需求，雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4所示。

表1 雷達目標回波與干擾模擬軟件配置項接口信息

圖4 雷達目標干擾模擬軟件流程圖

2.4 人機界面設計

根據(jù)軟件需求規(guī)格說明中對于人機界面的可視化強、美觀、便于操作的設計要求。雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的人機界面采用標準Windows界面風格，其主操作界面采用視圖窗口形式，如圖5所示。其參數(shù)設置界面采用標準對話框形式，以雷達參數(shù)設置界面為例，如圖6所示。主操作界面左邊為目標態(tài)勢顯示區(qū)，采用極坐標系，該顯示區(qū)是以雷達為中心，以雷達探測距離為半徑的圓面。最外面圓周上的角度為目標在雷達坐標系的方位角。該模擬器產(chǎn)生目標回波時，目標態(tài)勢顯示區(qū)顯示目標航跡。目標態(tài)勢顯示區(qū)的3個圓周為等間距距標，最外的距標上有方位角的顯示，每隔15°顯示角度，其余刻度以短劃線顯示，0°為正北方向。操作界面的右邊是5個參數(shù)設置窗口和1個狀態(tài)信息顯示窗口，采用泊位窗口形式顯示，每個參數(shù)設置窗口可以?？吭趹贸绦虻倪吔缟希部梢云≡谄聊坏娜我馕恢?，窗口大小也可以任意拉伸或縮小。

圖5 雷達目標回波與干擾模擬軟件的主操作界面

圖6 雷達參數(shù)設置對話框

雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)設計階段形成了完整的軟件設計說明、軟件配置項測試說明、軟件部件測試說明、軟部件測試說明等文檔。并通過Microsoft Visual C＋＋6.0，CCS，Xilinx等軟件開發(fā)工具進行了軟件的開發(fā)實現(xiàn)。

3 軟件測試階段

軟件測試階段主要根據(jù)軟件需求階段的軟件測試計劃、軟件質(zhì)量保證計劃和軟件設計階段的軟件配置項測試說明、軟件部件測試說明和軟件單元測試說明進行軟件測試，軟件測試實際上從軟件設計階段就已經(jīng)開始了，在完成軟件單元編碼之后，就可開始進行軟件單元測試，形成軟件單元測試報告。同樣在軟部件編寫完成后，就可進行軟部件測試，形成軟部件測試報告。

只有軟件集成測試是在軟件系統(tǒng)完成之后進行的。雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的軟件測試就是按照軟件單元測試、軟件部件測試和軟件配置項測試的過程進行軟件測試和回歸測試，并形成軟件單元測試報告、軟件部件測試報告和軟件配置項測試報告。軟件測試過程采用的靜態(tài)測試工具和動態(tài)測試工具分別為：Mccable IQ、Testbed和Tbrun。其中 Mccable IQ進行復雜度、覆蓋率測試，Testbed進行編程規(guī)則檢查和覆蓋率測試，Tbrun進行軟件單元測試和軟件集成測試。通過軟件測試有效提高了雷達目標回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的可靠性。

4 結束語

本文簡要介紹了雷達與目標干擾模擬軟件系統(tǒng)根據(jù)軟件工程化要求進行設計的方法和過程，著重從軟件需求分析階段的功能需求、接口需求、設計要求，軟件設計階段的結構設計、接口設計、控制流程設計、人機界面設計以及軟件測試階段的軟件測試等方面進行了敘述，反應了軟件工程化的設計理念、設計方法和設計過程。通過對雷達與目標干擾模擬軟件系統(tǒng)的運行情況的監(jiān)測，采用軟件工程化的設計理念和設計方法，有效地提高了軟件系統(tǒng)的可靠性。

［1］汪連棟，馬孝尊，王國玉，王國良.雷達對抗仿真軟件系統(tǒng)［J］.計算機仿真，2003，20（1）：98－101.

［2］朱少民.軟件工程導論［M］.北京：清華大學出版社，2009.

［3］陳明.軟件工程導論［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.