第４４卷第４期（总第１７４期）
２０１５年１２月
火控雷达技术
ＦｉｒｅＣｏｎｔｒｏｌＲａｄａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．４４
Ｎｏ．４（Ｓｅｒｉｅｓ１７４）
Ｄｅｃ．２０１５
基于ＵＭＬ的搜索雷达仿真系统建模与实现
邓东旭
王学智
徐
跃
（空军工程大学西安７１００５１）
【摘要】为了构建某防空火力单元仿真系统中搜索雷达的仿真模块，本文介绍了基于ＵＭＬ（Ｕｎｉｆｉｅｄ
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ
Ｌａｎｇｕａｇｅ，统一建模语言）的搜索雷达仿真系统的建模与实现，利用ＵＭＬ为搜索雷达仿真
系统进行面向对象的分析建模，构建了搜索雷达仿真系统的用例模型，动态模型和静态模型。最后给出了系统的具体实现，仿真实验表明系统设计的可行性。
关键词：搜索雷达；ＵＭＬ；面向对象；建模与仿真中圈分类号：ＴＰ３９１．９
文献标志码：Ａ
文章编号：１００８—８６５２（２０１５）０４ｍ８８－０４
ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＳｅａｒｃｈＲａｄａｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ
Ｄｅｎｇ
ｏｎ
ＵＭＬ
Ｄｏｎｇｘｕ，ＷａｎｇＸｕｅｚｈｉ，ＸｕＹｕｅ
（Ａｉｒ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒ
ｔｏ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ
ａ
ＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５
ａｎ
１）
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｏｆｓｅｒａｅｈｒａｄａｒｉｎ
ａｉｒｄｅｆｅｎｓｅｆｉｒｅｕｎｉｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，
ａｎ
ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｓｅａｒｃｈｒａｄａｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｅｍｂａｓｅｄ
ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ；ｔｈｅ
ｏｎ
ＵＭＬ（ＵｎｉｆｉｅｄＭｏｄｅｌｉｎｇＬａｎｇｕａｇｅ）ｉｓ
ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｍｏｄｅｌｉｎｇ
ｍｏｄｅｌ，ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌａｎｄ
ａ
ｉｓ
ｐｅｒｆｏｒｍｅｄｆｏｒｓｅａｒｃｈｒａｄａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂｙｕｓｉｎｇ
ｒａｄａｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ；
ｔｅｓｔ
ＵＭＬ，ａｎｄ
ｕｓｅ—ｃａｓｅ
ｓｔａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｓｅａｒｃｈ
ａｎｄｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｓｈｏｗｓｆｅａｓｉｂｉｈｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ
ｄｅｓｉｇｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅａｒｃｈｒａｄａｒ；ＵＭＬ，Ｏｂｊｅｃｔ—Ｏｒｉｅｎｔｅｄ；ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ
渐暴露出软件的开发难度大、不易维护等缺点，而面
０
引言
搜索雷达作为防空火力单元的重要组成部
向对象分析则由于对对象的封装、继承等使得它更能灵活和高效的适应需求的变化旧一。在不断的使用和发展的的过程中，ＵＭＬ逐渐成为一种功能强大，表达清晰且通用性较高的建模语言，本文针对搜索雷达仿真系统的特点，基于面向对象的思想，采用ＵＭＬ对搜索雷达仿真系统进行建模与实现¨１。
分…，能够对目标进行搜索、识别和跟踪，对防空作战的过程具有重要影响。因此模拟搜索雷达并在防空火力单元的仿真软件中使用，用于模拟对应雷达的工作过程和性能，对于提高仿真火力单元的作战性能和雷达自身精度上的逼真度具有重要影响。搜索雷达模拟软件的主要功能是根据剧情产生系统的空情信息，模拟搜索雷达对目标的探测发现过程，对探测到的目标点迹进行相关处理，形成目标航迹，并发送给情报处理软件。
由于面向过程的程序设计方法在大型项目中逐
收稿日期：２０１５一０８—３０
１
基于ＵＭＬ的仿真系统建模
ＵＭＬ（Ｕｎｉｆｉｅｄ
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ
Ｌａｎｇｕａｇｅ，统一建模语
言）是由ＧｒａｙＢｏｏｃｈ、ＪｉｍＲｕｍｂａｕｇｈ、ＩｖａｒＪａｃｏｂｓｏｎ三位著名的面向对象技术专家在基于Ｂｏｏｃｈ方法、ＯＯＳＥ方法与ＯＭＴ方法上，提出的通用图形化标准
作者简介：邓东旭（１９８８一），男，硕士研究生。主要研究方向为武器系统仿真技术。
第４期邓东旭等：基于ＵＭＬ的搜索雷达仿真系统建模与实现
８９
建模语言。该方法用视图模型来描述系统结构（静态）和行为（动态）。在软件系统开发过程中主要应用到ＣＩＭ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ
ＵＭＬ建模步骤
ＣＩＭ关注于本系统与外部系统的交互，不涉及具体细节，属于概要设计，具体包括以下三个步骤一１：
ＣＩＭ—ｌ：确定系统功能，建立系统的用例模型。此阶段描述了新建系统的总体功能。
ＣＩＭ一２：分析系统工作流程，建立活动图。此阶段需要分析ＣＩＭ一１阶段的用例流程，绘制出活
动图。
图１
搜索雷达仿真软件用例图
Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ
Ｍｏｄｅｌ）和ＰＩＭ
、、、
（ＰｌａｔｆｏＹｎｌＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＭｏｄｅｌ）阶段的ＵＭＬ模型。
１．１
７
一Ｉｊ；职
一一一一一’—十．
，，／＼
装备性能库
述探测模型对探测到的目标点迹进行相关处理并形成航迹的过程；管控信息处理对接受到的作战指挥软件的管控命令进行执行处理，并将雷达的状态返回给作战指挥软件＂３。由于目标探测模拟功能是搜索雷达的主要功能，下面以用例‘目标探测模拟’为例来讲述如何利用ＵＭＬ对搜索雷达仿真软件进行建模。
Ｉ．２．２活动图建模
活动图类似软件的流程图，是每个业务用例的逻辑过程。但活动图是概念级的，见图２。而软件流程图描述的则是具体的程序设计。下面主要针对目标探测模拟用例分析其工作流程。
ＣＩＭ一３：规定系统范围，建立系统用例图。次阶段将反应出ＣＩＭ一１和ＣＩＭ一２的具体执行动作。
ＰＩＭ属于详细设计阶段，它不涉及系统的具体平台且关注于软件系统的内部细节但，具体包括以下四个步骤：
ＰＩＭ一１：分析系统流程，总结系统用例叙述。针对系统用例，分析其内部细节，并编写系统用例叙述。
ＰＩＭ一２：分析业务流程，建立状态图。根据业务流程，针对相应业务对象绘制出状态图。
ＰＩＭ一３：定义静态结构，建立类图。此阶段用类表示系统内部的静态结构。
ＰＩＭ一４：定义操作及方法，建立序列图。此阶段用以表示系统内对象间共同完成某一用例时，相互间的动态交互过程。１．２搜索雷达仿真系统建模
文中基于ＵＭＬ的七个建模步骤，采用Ｖｉｓｉｏ软件工具对搜索雷达仿真软件进行建模”１。文中先对搜索雷达的业务用例进行建模，然后以搜索雷达业务用例中的“目标探测模拟”为特例进行建模。１．２．１业务用例建模
ＵＭＬ模型中的用例建模通常用于描述系统应该具备的功能。通过对搜索雷达仿真软件的需求分析，对于防空作战火力单元仿真系统来说，搜索雷达仿真软件主要有三类功能：目标探测模拟；航迹生成与管理；管控信息处理。用例如图１所示。
目标探测模拟用于判别在有干扰或无干扰的条件下目标是否能被雷达探测到¨１。结合目标的状态和特性，计算雷达对目标的探测概率，判断是否发现目标；根据雷达探测目标的结果，对探测到的目标点迹进行相关处理并形成航迹；航迹生成与管理描
图２用例＜目标探测模拟＞执行活动图
火控雷达技术
第４４卷
用例＜目标探测模拟＞的执行流程描述如下：（ａ）预处理接收的目标信息，判断该目标是否在当前扇区，若目标不在当前扇区，转回（ａ）。若目标在当前扇区，转（ｂ）；
（ｂ）计算雷达接收到的目标回波功率；
（Ｃ）判断当前有无干扰，若无干扰，计算信噪比，转ｅ）；
（ｄ）有干扰，计算信干比，转（ｅ）；（ｅ）计算雷达对目标的探测概率；
（ｆ）判断本次扫描能否发现目标，若能发现目标，转ｈ）；
（ｇ）若不能发现目标，则转（ａ）；（ｈ）目标位置信息加误差；（ｉ）流程结束。
１．２．３
图２来表示用例＜目标探测模拟＞的状态图。１．２．６类图建模
在ＵＭＬ中，用类图和对象图来表示类与对象模型，属于静态建模的范畴。类与对象是面向对象技术的基本元素，类是对同一类事物的抽象。面向对象程序设计优于常规面向过程程序设计的特点是对对象（或类）的封装性，实现了对程序功能模块的封装，进而使整个程序做到“高内聚、低耦合”。
以搜索雷达为关注点的有关类，主要包括‘目标探测管理（ＴａｒｇｅｔＰｒｏｃｅｓｓ）’类，‘管控信息处理（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭａｎａｇｅ）’类，‘航迹生成与管理（Ｓｉｍｕｌａ．ｔｉｏｎＭａｎａｇｅ）’类，‘控制管理（ＭａｎａｇｅＣｏｎｔｒ０１）’类。
见图４。
系统用例建模
系统用例模型将明确系统作用和范围，是系统设计和开发的基础。在不考虑实现细节的基础上来描述用户的功能需求，见图３。
剧情产生软件
图３
目标探测模拟
用例＜目标探测模拟＞用例图
图４用例＜目标探测模拟＞类图
该用例描述模拟预警雷达探测目标的过程。仿真雷达的探测能力，结合目标的状态和特性，计算雷达对目标的探测概率，判断是否发现目标；根据雷达探测目标的结果，对探测到的目标点迹进行相关处理并形成航迹。
在图一中，给出了四个类，每个类都有自己的属性（数据）和操作，‘目标探测模拟’类，即ＴａｒｇｅｔＰｒｏ．ｃｅｓｓ类的属性和操作见下叙述。
１）属性：
ｍ＿ｔａｇｅｔ
１．２．４用例说明
系统用例描述是针对每一个系统用例，分析其内部细节，编写成系统用例叙述。
以下是对＜目标探测模拟＞的用例叙述：（１）剧情产生软件发送空情信息；（２）作战指挥软件发送雷达开机命令；（３）对接受到的目标信息进行处理；（４）计算该目标是否已经被探测到；（５）进行编批处理，形成航迹。１．２．５状态图建模
状态图可以捕获对象、子系统、和系统的生命周期。它们可以告知一个对象可以拥有的状态，并且事件会怎样随着时间的推移来影响这些状态。
状态图是活动图的一个变体，两者的表现形式殊途同归。基于目标探测模块的特点，本文同时用
属性描述：待处理目标２）操作：
ＦｉｎｄＴａｒｇｅｔ：目标发现判断，若在连续五个周期中有三个周期中能发现目标，则标示为跟踪，否则丢弃；
ＧｉｖｅＴａｒｇｅｔＮｕｍ：给跟踪的目标编批号；
ＩｓｌｎＳｈａｎｑｕ：判断目标是否在雷达扇区范围之内；
ＧｉｖｅＦｉｎｄＰｒｏｂａｌｉｔｙ：计算雷达探测目标的概率。１．２．７序列图建模
为详细考察类的动态结构，可利用序列图定义程序执行时每一步需要执行的具体操作。图５显示了对象之间的动态协作，着重描述对象间消息传递的时间顺序。序列图的两个坐标轴，横坐标为显示对象，纵坐标为显示时间。
第４期邓东旭等：基于ＵＭＬ的搜索雷达仿真系统建模与实现
９１
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：火力单元作战
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图５
用例＜目标探测模拟＞序列图
为得到更完备的类图，可根据序列图和静态类图进一步开发程序需要的类。
２搜索雷达仿真系统实现
２．１搜索雷达仿真系统工作流程
为适应系统需求，采用模块化思想对所建立的搜索雷达仿真系统进行编程实现。在相继完成目标探测，管控信息处理和航迹生成与管理用例的建模后，使用ＶＣ＋＋６．０编程工具提供的ＭＦＣＡｐｐＷｉｚ—ａｒｄ（ｄ１１）组件开发功能，按照系统的逻辑架构设计实现，如图６所示。
２．２搜索雷达仿真软件实现
将建立的搜索雷达仿真软件应用于某防空火力单元仿真系统中，实现了某型搜索雷达的仿真系统，雷达显示界面如图７所示。
３
结论
本文根据防空火力单元仿真系统对雷达装备的
特殊要求，依据雷达装备的用途和工作原理，提出一种基于模块化的雷达装备建模与仿真框架。建立并实现了一种通用性强，可移植性好的雷达系统模拟软件。目前，该仿真软件在成功应用于某防空火力单元仿真系统的过程中能够较好的反映雷达的工作流程及实际性能。
甲
／接收剧情目、＼、标信息
／／
ｌ
／
计算目标相对雷达的、
＼
距离、方位、仰角
／／
是／／』＼判断目标是否
Ｙ戡蔽
＼
算Ｂ／Ｒ目Ｃ标Ｓ瞬）
厂计算大气传、
＼
输损耗
／
ｌ
厂计算接收机噪、
＼声功率／
ｌ
／
利用雷达天线方向图、＼、
模型计算天线增益
／／
ｊ
厂，
计算雷达回、
＼波功率
／
人判断是否有十扰
有ｌ
（计算干扰功率）
无
Ｉ
（计算综合信干Ｅ０——
ｉ
／计算雷达对目、
＼
标的探测概率／／
ｌ
（雷达目标检测）
未发现目标，、．么按一
／
发现目标，返回值为０／
＼
返回值为１
图６搜索雷达探测仿真模型处理流程
火控雷达技术
第４４卷
达导引头系统软件工程过程［Ｊ］．火控雷达技
术．２０１２，４１（４）：２６—３０．
３
１●Ｊ
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４１Ｊ
．５１ｊ陆波，华祖耀．面向对象的软件工程与统一建模语言ＵＭＬ［Ｊ］．电脑开发与应用，２００２，１５
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图７搜索雷达仿真软件工作界面
６
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（上接第７５页）
口间隔离度＞２０ｄＢ，驻波比（ＶＳＷＲ）＜１．３，插入损耗＜１ｄＢ。可广泛应用于通信、功率分配合成系统。
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ｒ●Ｌ
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图１２样品传输损耗仿真
３１Ｊ
和１－１：ｌ的输出端幅度平衡略有差异，这主要是由于输入端采取了分配比２：３的不等分设计，两路分配损耗不均造成的。５
崔冬暖，王建辉．一分二十微带Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器的设计［Ｊ］．电子科技，２０１４，２７（４）：７９—８２．顾其诤，项家桢，袁孝康．微波集成电路设计［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，１９７８．
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４１Ｊ
结论
本文采用不等分和等分相结合的设计方法并借
５
ｒ●Ｌ
６
助多节ｈ／４阻抗变换器的方式设计了工作频带为０．７—２．５ＧＨｚ微带宽带一分五功分器，利用ＡｎｓｏｆｔＤｅｓｉｇｎｅｒ，Ｓｅｒｅｎａｄｅ以及ＨＦＳＳ软件进行协同仿真并制作了功分器实物，最终实物测试结果与仿真结果吻合，设计方法可行。加工制作出的实物在０．７—２．５ＧＨｚ工作频带范围内具有良好的性能指标，其端
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