基于組件的雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)架構(gòu)設計

王 博，范 彬,劉肖靜，鄒廣超

(1．南京科瑞達電子裝備有限責任公司，南京 211100； 2．陸軍裝備部駐上海地區(qū)航空軍事代表室，上海 200000)

0 引 言

雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)[1-2]具備模擬戰(zhàn)場多型雷達裝備、雷達偵察定位裝備、雷達干擾裝備等多個分系統(tǒng)的基本功能，能夠接收裝備運載平臺控制命令實現(xiàn)響應處理(包括平臺姿態(tài)的變換、掛載裝備開關(guān)機、工作狀態(tài)切換、干擾裝備的使用等)。雷達模擬分系統(tǒng)能夠模擬生成雷達裝備對戰(zhàn)場環(huán)境目標的探測感知數(shù)據(jù)。雷達偵察定位模擬分系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對雷達裝備所產(chǎn)生的電磁環(huán)境信號進行偵察、識別、定位和干擾[3]。雷達干擾模擬分系統(tǒng)能夠模擬干擾響應等工作過程。

雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)涉及到的裝備模型數(shù)量大、開發(fā)周期長，且對于相同類型裝備有大量可復用模塊。為了提高系統(tǒng)通用性、穩(wěn)定性和可擴展性，減少重復設計工作，本文從模型組件化設計入手，根據(jù)三層C/S構(gòu)架，設計了一種基于組件的雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)架構(gòu)，完成了對雷達電子戰(zhàn)系統(tǒng)設備功能、性能、接口和處理流程的模擬仿真。該系統(tǒng)具備想定制作與管理、劇情產(chǎn)生、仿真控制、數(shù)據(jù)處理和戰(zhàn)場態(tài)勢綜合顯示等功能。

1 雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)功能組成

雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)功能組成

在組成仿真系統(tǒng)的各分系統(tǒng)中，許多功能模塊有通用功能點，如雷達仿真分系統(tǒng)和環(huán)境仿真分系統(tǒng)中的雷達參數(shù)生成模塊、各系統(tǒng)間的通信模塊、各分系統(tǒng)的消息讀寫管理模塊、雷達偵察和雷達設備的顯示控制等。為了避免仿真系統(tǒng)搭建過程中功能點的重復開發(fā)，提升軟件復用程度，采用了組件技術(shù)設計與開發(fā)雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)軟件模塊。

1.2 系統(tǒng)工作流程

根據(jù)雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)功能，將其運行分為以下4個階段：

(1) 仿真部署階段

一般來講，仿真系統(tǒng)部署是根據(jù)用戶想定需求、全系統(tǒng)計算要求來完成仿真成員的部署。通過仿真場景對象生成與控制軟件的仿真部署功能，將模型庫中的仿真模型實體和想定配置文件按照仿真系統(tǒng)計算機部署情況分節(jié)點部署在相應計算機上，并對各仿真成員的部署狀態(tài)、運行狀態(tài)進行監(jiān)控。

(2) 仿真準備階段

仿真系統(tǒng)通過仿真場景對象生成與控制軟件的想定數(shù)據(jù)管理功能進行作戰(zhàn)想定編輯。作戰(zhàn)想定提供仿真成員初始化所需要的各類信息，主要包括空中、海面、地面各類目標平臺的運行參數(shù)和裝備掛載參數(shù)，以及參戰(zhàn)雷達裝備參數(shù)、雷達偵察設備參數(shù)、雷達干擾設備參數(shù)等，并可以將這些信息存入數(shù)據(jù)庫中。

(3) 仿真運行階段

仿真系統(tǒng)通過仿真場景對象生成與控制軟件的仿真控制功能發(fā)送仿真初始化、開始、暫停、繼續(xù)、停止等命令。仿真成員按照給定的仿真步長開始仿真運行，通過組播端口進行公布、訂閱相關(guān)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄回放軟件記錄評估所需數(shù)據(jù)。

(4) 事后評估階段

當仿真系統(tǒng)運行結(jié)束后，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，進行系統(tǒng)、部件的性能評估。

從上述電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的工作流程來看，多個分系統(tǒng)之間的通信、時序控制復雜。為了高效地設計出貼近實際的電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)應采用組件化的設計，減少模塊之間的耦合，增強系統(tǒng)通信的靈活性。

2 組件技術(shù)

2.1 組件定義

組件是一些可重用的、獨立發(fā)布的二進制單元，推廣了對象封裝的內(nèi)涵，側(cè)重于復雜系統(tǒng)中組成部分的協(xié)調(diào)管理，強調(diào)實體在環(huán)境中的存在形式。根據(jù)以上的定義可知，組件是可以被封裝的對象類、一些功能模塊、軟件框架、軟件構(gòu)建等通過標準數(shù)據(jù)對外交流[4]。

2.2 仿真組件系統(tǒng)開發(fā)步驟

與傳統(tǒng)的軟件開發(fā)不同，基于組件對象的軟件工程著重進行組件的規(guī)劃、設計和開發(fā)。總的來說，基于組件的仿真系統(tǒng)開發(fā)中，首先需要對仿真系統(tǒng)進行深入的功能分析，得到仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和系統(tǒng)軟件框架；從對數(shù)據(jù)流的分析中獲取可復用的組件，進而進行組件規(guī)劃和對外接口的設計，然后對各組件內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)處理；接著進行組件的組裝與部署；最后完成整個系統(tǒng)的測試。具體流程如圖2所示。

圖2 基于組件的仿真系統(tǒng)開發(fā)流程圖

根據(jù)圖2可以得出基于組件的仿真系統(tǒng)開發(fā)步驟：

(1) 需求分析：主要對仿真系統(tǒng)的功能、性能進行分析，并分析系統(tǒng)中各組成部分間的數(shù)據(jù)傳遞和處理，找出公共部分，設計成公共組件，對特定的數(shù)據(jù)流形成特定組件；

(2) 組件和接口的設計：在需求分析基礎上，對組件的功能、對外接口、組件間交互所需的信息進行設計，形成既獨立又相互交流的組件和接口；

(3) 組件的實現(xiàn)與測試：由于基于組件的系統(tǒng)構(gòu)造與編程語言無關(guān)，因此根據(jù)不同的組件選擇適合于開發(fā)人員的編程語言，對組件進行規(guī)范化開發(fā)實現(xiàn)，使組件代碼具有良好的擴展性和復用性，并將經(jīng)過測試的組件存入組件庫；

(4) 組件的組裝和測試：根據(jù)仿真系統(tǒng)中各個子模塊功能要求，從組件庫中獲取所需組件，將組件裝配成獨立模塊，進行模塊測試；

(5) 仿真系統(tǒng)的組裝與測試：將組裝測試好的各功能子模塊按照仿真場景設計，組裝成相應仿真系統(tǒng)，然后進行系統(tǒng)測試。

3 基于組件的雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)設計

三層C/S架構(gòu)模式是軟件工程中的一種軟件架構(gòu)模式[5]。它將軟件系統(tǒng)分為3個基本部分：表示層、功能層和數(shù)據(jù)層，其中各層功能邏輯上獨立。三層C/S架構(gòu)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)清晰，可擴展性好，管理簡單。因此，基于電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)架構(gòu)設計的需求，本文在系統(tǒng)組件化設計的基礎上采用了三層C/S架構(gòu)模式，設計開發(fā)了雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)平臺。

3.1 體系結(jié)構(gòu)設計

三層C/S架構(gòu)模式中，表示層是應用程序的用戶接口部分，擔負著用戶與應用間的對話功能；功能層相當于應用的本體，將具體的業(yè)務處理邏輯編入程序中；數(shù)據(jù)層就是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，負責管理對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的讀寫。通過三層C/S架構(gòu)設計，可以將表示層和功能層分離成各自獨立的程序。同時，為了降低功能層服務器的負荷，可以采用分布式的設計方式，將表示層和功能層軟件部署于多臺客戶端和服務器中，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴展性。根據(jù)三層C/S架構(gòu)模式的設計要求，搭建電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

3.2 組件模型構(gòu)建

根據(jù)基于組件的仿真系統(tǒng)開發(fā)步驟和基于三層C/S模式的軟件架構(gòu)，在明確雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的功能構(gòu)架的基礎上對各功能模塊在仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程進行分析，獲得仿真系統(tǒng)所應建立的組件。其組件包括顯控類組件、通信類組件、數(shù)據(jù)處理類組件、指控關(guān)系類組件、數(shù)據(jù)庫類組件等。各類組件構(gòu)成如圖4所示。各類組件與電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)核心層次的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖5所示。

圖3 基于三層C/S架構(gòu)的仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 仿真系統(tǒng)組件模型庫

圖5 電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)層次關(guān)系示意圖

由圖4和圖5可以看出，通信類組件構(gòu)成了雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的原型和框架，主要用于完成網(wǎng)絡通信和時間管理。其他組件在通信類組件的基礎上集成，共同構(gòu)建了雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)。這些組件共存于仿真系統(tǒng)中，相互作用。按照這種組件結(jié)構(gòu)還可以將其他功能組件與系統(tǒng)的框架組合起來，構(gòu)造出更為復雜的仿真系統(tǒng)。同時，也可以通過增加或減少組件來改變雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的功能。

在這種組件架構(gòu)的系統(tǒng)中，組件可以即插即用、無縫集成。該架構(gòu)的關(guān)鍵點在于一種高效的接口結(jié)構(gòu)，使得組件之間能夠以一個公共的接口互相連接。同時，由于組件間的線性通信連接，以及接口規(guī)范的一致性，使得通信的復雜度下降，提高了組件的互操作性。

4 結(jié)束語

本文在分析了雷達電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)組成和工作流程的基礎上給出了基于三層C/S架構(gòu)的組件化電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的設計方法，并開發(fā)了仿真系統(tǒng)，進行了實際驗證。在該系統(tǒng)的開發(fā)過程中，各分系統(tǒng)對外接口的定義、通信以及顯示控制等其他通用功能組件的設計與開發(fā)是該項目的核心，是實現(xiàn)組件化仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵。

在項目的下一階段研發(fā)中，將實裝裝備快速接入仿真平臺，形成半實物仿真系統(tǒng)，驗證仿真平臺中數(shù)據(jù)處理類組件包含的不同模型所涉及到的關(guān)鍵算法、模型功能和作戰(zhàn)流程，提高仿真系統(tǒng)的實用性和仿真結(jié)果的可信性，是拓展該平臺功能的主要工作。