基于組件的雷達電子戰仿真系統架構設計

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航空軍事代表室，上海 200000)

0 引 言

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

雷達電子戰仿真系統涉及到的裝備模型數量大、開發周期長，且對于相同類型裝備有大量可復用模塊。為了提高系統通用性、穩定性和可擴展性，減少重復設計工作，本文從模型組件化設計入手，根據三層C/S構架，設計了一種基于組件的雷達電子戰仿真系統架構，完成了對雷達電子戰系統設備功能、性能、接口和處理流程的模擬仿真。該系統具備想定制作與管理、劇情產生、仿真控制、數據處理和戰場態勢綜合顯示等功能。

1 雷達電子戰仿真系統

1.1 系統功能組成

雷達電子戰仿真系統組成如圖1所示。

圖1 雷達電子戰仿真系統功能組成

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

1.2 系統工作流程

根據雷達電子戰仿真系統功能，將其運行分為以下4個階段：

(1) 仿真部署階段

一般來講，仿真系統部署是根據用戶想定需求、全系統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計算機部署情況分節點部署在相應計算機上，并對各仿真成員的部署狀態、運行狀態進行監控。

(2) 仿真準備階段

仿真系統通過仿真場景對象生成與控制軟件的想定數據管理功能進行作戰想定編輯。作戰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和裝備掛載參數，以及參戰雷達裝備參數、雷達偵察設備參數、雷達干擾設備參數等，并可以將這些信息存入數據庫中。

(3) 仿真運行階段

仿真系統通過仿真場景對象生成與控制軟件的仿真控制功能發送仿真初始化、開始、暫停、繼續、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、訂閱相關的數據。數據記錄回放軟件記錄評估所需數據。

(4) 事后評估階段

當仿真系統運行結束后，根據采集的數據，進行系統、部件的性能評估。

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

2 組件技術

2.1 組件定義

組件是一些可重用的、獨立發布的二進制單元，推廣了對象封裝的內涵，側重于復雜系統中組成部分的協調管理，強調實體在環境中的存在形式。根據以上的定義可知，組件是可以被封裝的對象類、一些功能模塊、軟件框架、軟件構建等通過標準數據對外交流[4]。

2.2 仿真組件系統開發步驟

與傳統的軟件開發不同，基于組件對象的軟件工程著重進行組件的規劃、設計和開發。總的來說，基于組件的仿真系統開發中，首先需要對仿真系統進行深入的功能分析，得到仿真系統的數據流圖、系統結構圖和系統軟件框架；從對數據流的分析中獲取可復用的組件，進而進行組件規劃和對外接口的設計，然后對各組件內部實現細節處理；接著進行組件的組裝與部署；最后完成整個系統的測試。具體流程如圖2所示。

圖2 基于組件的仿真系統開發流程圖

根據圖2可以得出基于組件的仿真系統開發步驟：

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

(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) 組件的實現與測試：由于基于組件的系統構造與編程語言無關，因此根據不同的組件選擇適合于開發人員的編程語言，對組件進行規范化開發實現，使組件代碼具有良好的擴展性和復用性，并將經過測試的組件存入組件庫；

(4) 組件的組裝和測試：根據仿真系統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，然后進行系統測試。

3 基于組件的雷達電子戰仿真系統設計

三層C/S架構模式是軟件工程中的一種軟件架構模式[5]。它將軟件系統分為3個基本部分：表示層、功能層和數據層，其中各層功能邏輯上獨立。三層C/S架構系統邏輯結構清晰，可擴展性好，管理簡單。因此，基于電子戰仿真系統架構設計的需求，本文在系統組件化設計的基礎上采用了三層C/S架構模式，設計開發了雷達電子戰仿真系統平臺。

3.1 體系結構設計

三層C/S架構模式中，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，將具體的業務處理邏輯編入程序中；數據層就是數據庫管理系統，負責管理對數據庫數據的讀寫。通過三層C/S架構設計，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，以提高系統的穩定性和擴展性。根據三層C/S架構模式的設計要求，搭建電子戰仿真系統的結構示意圖如圖3所示。

3.2 組件模型構建

根據基于組件的仿真系統開發步驟和基于三層C/S模式的軟件架構，在明確雷達電子戰仿真系統的功能構架的基礎上對各功能模塊在仿真系統的數據流程進行分析，獲得仿真系統所應建立的組件。其組件包括顯控類組件、通信類組件、數據處理類組件、指控關系類組件、數據庫類組件等。各類組件構成如圖4所示。各類組件與電子戰仿真系統核心層次的結構關系如圖5所示。

圖3 基于三層C/S架構的仿真系統結構示意圖

圖4 仿真系統組件模型庫

圖5 電子戰仿真系統層次關系示意圖

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

在這種組件架構的系統中，組件可以即插即用、無縫集成。該架構的關鍵點在于一種高效的接口結構，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 結束語

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

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