雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的工程化設(shè)計(jì)

張坤峰，鄭灼洋，羅 杰，紀(jì) 要

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州225001）

0 引 言

近年來，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和軟件工程化的發(fā)展，軍用雷達(dá)與電子戰(zhàn)模擬仿真軟件系統(tǒng)［1］的設(shè)計(jì)必須遵循軟件工程化的設(shè)計(jì)要求，既要具有相當(dāng)高的實(shí)時(shí)性，又要具有比武器系統(tǒng)更美觀的人機(jī)界面。雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)作為雷達(dá)與電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)軟件的一個(gè)重要分支，其設(shè)計(jì)也必須采用軟件工程化的設(shè)計(jì)理念。軟件工程化的設(shè)計(jì)理念和過程［2］首先是根據(jù)用戶需求進(jìn)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(shè)計(jì)要求等進(jìn)行分析；在軟件需求分析完成之后，進(jìn)入軟件設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)、軟件接口、軟件流程等設(shè)計(jì)，形成軟件設(shè)計(jì)文檔，也可根據(jù)軟件的規(guī)模和復(fù)雜程度將軟件設(shè)計(jì)階段分為軟件概要設(shè)計(jì)和軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)文檔形成后，可進(jìn)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(jìn)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(hù)。目前，軟件工程化的設(shè)計(jì)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(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循了軟件工程化的設(shè)計(jì)理念，既滿足了高實(shí)時(shí)性的要求，又兼顧了人機(jī)界面的美觀。為了滿足實(shí)時(shí)性要求的需求，采用了分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，將雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬器軟件系統(tǒng)分為非實(shí)時(shí)和實(shí)時(shí)兩部分。非實(shí)時(shí)部分主要運(yùn)行于高性能工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上，實(shí)時(shí)部分運(yùn)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(jī)界面美觀性的要求，雷達(dá)目標(biāo)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(yùn)用標(biāo)準(zhǔn) Windows標(biāo)準(zhǔn)界面風(fēng)格，使人機(jī)界面既美觀又方便實(shí)用。由于Windows XP操作系統(tǒng)為非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，為了保證實(shí)時(shí)通訊，采用外部定時(shí)中斷的方法來實(shí)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(shè)計(jì)要求，充分與用戶進(jìn)行溝通交流，詳細(xì)分析軟件系統(tǒng)的功能需求、接口需求和設(shè)計(jì)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(jì)劃、質(zhì)量保證［3］計(jì)劃、測試計(jì)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(shè)計(jì)歷時(shí)較長的重要階段，是軟件實(shí)現(xiàn)和質(zhì)量保證的關(guān)鍵階段。

雷達(dá)目標(biāo)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(jì)劃、質(zhì)量保證計(jì)劃、測試計(jì)劃等文檔。為體現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)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(shè)計(jì)要求。

根據(jù)軟件需求分析，雷達(dá)目標(biāo)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(dá)目標(biāo)干擾模擬系統(tǒng)的軟、硬件初始化、自檢和標(biāo)校功能；

（2）具備雷達(dá)目標(biāo)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(dá)目標(biāo)干擾模擬系統(tǒng)的戰(zhàn)情設(shè)置、生成和運(yùn)行功能；

（4）具備雷達(dá)目標(biāo)干擾模擬系統(tǒng)的接口通信功能；

（5）具備雷達(dá)目標(biāo)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(dá)目標(biāo)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(biāo)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(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的部分設(shè)計(jì)要求包括：

（1）實(shí)時(shí)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(jī)界面要求：可視化強(qiáng)、美觀、便于操作；

（3）軟件測試要求：靜態(tài)測試、動(dòng)態(tài)測試。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)階段主要是對軟件需求規(guī)格說明的所有需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對軟件開發(fā)計(jì)劃、質(zhì)量保證計(jì)劃、測試計(jì)劃中的內(nèi)容進(jìn)行落實(shí)。一般情況下，對于復(fù)雜的大型軟件系統(tǒng)而言，可將軟件設(shè)計(jì)階段分為軟件概要設(shè)計(jì)和軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)2個(gè)階段。軟件設(shè)計(jì)最終需形成軟件設(shè)計(jì)說明、軟件配置項(xiàng)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(yán)格按照軟件設(shè)計(jì)說明進(jìn)行代碼編制，軟件測試人員需依據(jù)軟件配置項(xiàng)測試說明、軟件部件測試說明、軟件單元測試說明進(jìn)行軟件測試。軟件單元和軟件部件測試完成，且進(jìn)行修正之后，即可進(jìn)行軟件集成，形成軟件系統(tǒng)源代碼和可執(zhí)行程序。雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)階段，嚴(yán)格遵守上述過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終形成了完整的軟件設(shè)計(jì)說明文檔、軟件配置項(xiàng)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(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)、控制流程設(shè)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)等方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，以體現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)階段。

2.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境主要由顯示控制計(jì)算機(jī)、幅度控制器、目標(biāo)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(jì)算機(jī)為高性能工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，幅度控制器、雷達(dá)目標(biāo)回波及欺騙干擾技術(shù)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(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境如圖1所示。

圖1 雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)運(yùn)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(shè)計(jì)要求和軟件運(yùn)行的硬件環(huán)境的情況，雷達(dá)目標(biāo)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(biāo)回波及欺騙干擾軟件和噪聲干擾軟件四部分，并分別運(yùn)行于顯示控制計(jì)算機(jī)、幅度控制器、目標(biāo)回波及欺騙干擾技術(shù)產(chǎn)生器、噪聲產(chǎn)生器上。因此，按照軟件工程化的設(shè)計(jì)要求，雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)設(shè)一個(gè)軟件配置項(xiàng)，命名為雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件配置項(xiàng)，配置項(xiàng)標(biāo)識為：CSCI：RTJS。該軟件配置項(xiàng)共分為兩級軟部件，包括4個(gè)一級軟部件、32個(gè)二級軟部件，雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件配置項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

圖2 雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件配置項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖

雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件配置項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分考慮了軟件需求規(guī)格說明中對軟件實(shí)時(shí)性達(dá)到毫秒級仿真周期的設(shè)計(jì)要求，采用了分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并將雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬器軟件系統(tǒng)分為非實(shí)時(shí)和實(shí)時(shí)兩部分。

其中顯示控制軟部件為非實(shí)時(shí)部分，運(yùn)行于高性能工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上，幅度控制軟部件、目標(biāo)及欺騙干擾軟部件和噪聲干擾軟部件為實(shí)時(shí)部分，運(yùn)行于幅度控制器、目標(biāo)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(qiáng)、美觀、便于操作的人機(jī)界面要求，顯示控制軟部件采用Microsoft Windows XP操作系統(tǒng)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn) Windows標(biāo)準(zhǔn)界面風(fēng)格，使人機(jī)界面既美觀又使用方便。由于Windows XP操作系統(tǒng)為非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，為了滿足實(shí)時(shí)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(shí)中斷，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

2.2 軟件接口設(shè)計(jì)

雷達(dá)目標(biāo)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(shí)現(xiàn)顯示控制軟件與幅度控制軟件、目標(biāo)回波及欺騙干擾軟件和噪聲干擾軟件的通信，最終實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)對硬件系統(tǒng)的時(shí)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(shè)計(jì)方法，雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件配置項(xiàng)（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(biāo)識為：SCII：RTJS／SMCD＿AMC；

（2）顯示控制軟部件與目標(biāo)及欺騙干擾軟部件的接口，標(biāo)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(biāo)識為：SCII：RTJS／SMCD＿NJM。

雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件配置項(xiàng)的接口框圖如圖3所示，其接口信息如表1所示。

圖3 雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件配置項(xiàng)接口組成框圖

2.3 軟件控制流程設(shè)計(jì)

根據(jù)軟件需求規(guī)格說明中的軟件系統(tǒng)控制時(shí)序關(guān)系的需求，雷達(dá)目標(biāo)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(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件配置項(xiàng)接口信息

圖4 雷達(dá)目標(biāo)干擾模擬軟件流程圖

2.4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

根據(jù)軟件需求規(guī)格說明中對于人機(jī)界面的可視化強(qiáng)、美觀、便于操作的設(shè)計(jì)要求。雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的人機(jī)界面采用標(biāo)準(zhǔn)Windows界面風(fēng)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(shè)置界面采用標(biāo)準(zhǔn)對話框形式，以雷達(dá)參數(shù)設(shè)置界面為例，如圖6所示。主操作界面左邊為目標(biāo)態(tài)勢顯示區(qū)，采用極坐標(biāo)系，該顯示區(qū)是以雷達(dá)為中心，以雷達(dá)探測距離為半徑的圓面。最外面圓周上的角度為目標(biāo)在雷達(dá)坐標(biāo)系的方位角。該模擬器產(chǎn)生目標(biāo)回波時(shí)，目標(biāo)態(tài)勢顯示區(qū)顯示目標(biāo)航跡。目標(biāo)態(tài)勢顯示區(qū)的3個(gè)圓周為等間距距標(biāo)，最外的距標(biāo)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(gè)參數(shù)設(shè)置窗口和1個(gè)狀態(tài)信息顯示窗口，采用泊位窗口形式顯示，每個(gè)參數(shù)設(shè)置窗口可以?？吭趹?yīng)用程序的邊界上，也可以漂浮在屏幕的任意位置，窗口大小也可以任意拉伸或縮小。

圖5 雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件的主操作界面

圖6 雷達(dá)參數(shù)設(shè)置對話框

雷達(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段形成了完整的軟件設(shè)計(jì)說明、軟件配置項(xiàng)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(jìn)行了軟件的開發(fā)實(shí)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(jì)劃、軟件質(zhì)量保證計(jì)劃和軟件設(shè)計(jì)階段的軟件配置項(xiàng)測試說明、軟件部件測試說明和軟件單元測試說明進(jìn)行軟件測試，軟件測試實(shí)際上從軟件設(shè)計(jì)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(jìn)行軟件單元測試，形成軟件單元測試報(bào)告。同樣在軟部件編寫完成后，就可進(jìn)行軟部件測試，形成軟部件測試報(bào)告。

只有軟件集成測試是在軟件系統(tǒng)完成之后進(jìn)行的。雷達(dá)目標(biāo)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(xiàng)測試的過程進(jìn)行軟件測試和回歸測試，并形成軟件單元測試報(bào)告、軟件部件測試報(bào)告和軟件配置項(xiàng)測試報(bào)告。軟件測試過程采用的靜態(tài)測試工具和動(dòng)態(tài)測試工具分別為：Mccable IQ、Testbed和Tbrun。其中 Mccable IQ進(jìn)行復(fù)雜度、覆蓋率測試，Testbed進(jìn)行編程規(guī)則檢查和覆蓋率測試，Tbrun進(jìn)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(dá)目標(biāo)回波與干擾模擬軟件系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)束語

本文簡要介紹了雷達(dá)與目標(biāo)干擾模擬軟件系統(tǒng)根據(jù)軟件工程化要求進(jìn)行設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求，軟件設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)、控制流程設(shè)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)以及軟件測試階段的軟件測試等方面進(jìn)行了敘述，反應(yīng)了軟件工程化的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過程。通過對雷達(dá)與目標(biāo)干擾模擬軟件系統(tǒng)的運(yùn)行情況的監(jiān)測，采用軟件工程化的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)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(dá)對抗仿真軟件系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2003，20（1）：98－101.

［2］朱少民.軟件工程導(dǎo)論［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

［3］陳明.軟件工程導(dǎo)論［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.