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基于UML的潜射弹道导弹诸元检验系统设计

上传者:马鸣锦
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基于UML的潜射弹道导弹诸元检验系统设计

Dec.2013V01.31.No.6

航天控制

39

AerospaceControl

基于UML的潜射弹道导弹诸元检验系统设计

凡1

涛2

1.海军潜艇学院,青岛2660422.海军装备研究院,北京100161

采用UML建模技术构建了潜射弹道导弹诸元检验系统的需求描述模

型,通过分解用例模型,分析系统的类结构体系及关联关系建立了系统结构模型,运用序列图建立了诸元检验系统的行为描述模型,并对系统的硬件结构及实体布置关系进行了设计。该方法有效提高了系统设计效率,设计出来的系统在实用性的基础上,还具有复用性及拓展性。关键词

UML;潜射弹道导弹;诸元检验;系统设计;模型

文献标识码:A

中图分类号:TJ762.4;TJ765.4+l

文章编号:1006—3242(2013)06—0039一05

FiringDataVerificationSystemDesignofSubmarine

LaunchedBaUistic

MissileBased

ZHANGTa02

on

UML

XIA0Fanl

1.NavySubmarine

Academy,Qingda0266042,Chian

Academy,Beijingl0016l,China

2.NavyEquipmentResearch

Abstract

7herequi,.e,ne凡zsdescr咖£io凡,nodefo/。s“6,nⅡrine

B),deco,,妒osi凡g£^e

Mse

20unc^ed6口ffis£ic,nissi2eises£口6f£s^ea!M7比^M一

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uML;5M6,nnri凡efⅡ“凡c^ed60盯is£ic,nissiZe;Firing

do£n"er沂cⅡ£ion;5)博把m

design;Modef

诸元是导弹飞行控制所需要的参数…。,诸元参数直接影响导弹的落点精度甚至是发射的成败。因此,诸元检验是导弹发射前至关重要的工作。对于潜射弹道导弹而言,诸元包括同定诸元和实时诸元,可分为若干大项,共计参数一般超过500个,其检验内容主要包含正确性、匹配性和点位覆盖性等项目。文献『2]对弹道导弹诸元点位覆盖性、正确性及与

飞行软件匹配性、诸元解算快速性检验等方面进行了方法上的探讨;文献[3—6]分别研究了弹道导弹诸元计算或者快速装订方法。上述研究成果为潜射弹道导弹诸元计算及检验提供了借鉴方法。UML

(Uni“ed

Modeling

Language)是面向对象技术领域广

泛使用的标准建模语言,能够为系统设计的各个阶段提供统一的可视化模型描述。利用UML进行模

收稿日期:20l3m6一19作者简介:肖

凡(1980一),男,湖南望城人,硕士,讲师,主要研究方向为导弹测控及精度分析;张

男,湖北公安人,硕士,T.程师,主要研究方向为导弹总体。

40

航天控制

型设计,可以大大缩短系统的开发周期,提高系统重用性,并且后期维护和升级也非常方便快捷。“.

随着装备技术的发展,潜射弹道导弹型号逐渐丰富,有必要对其诸元检验系统设计进行研究,使系

构图(对象类图、对象图、组件图、配置图)和动态行为图(顺序图、协同图、状态图、活动图),这些图可从不同的抽象角度实现系统的可视化。

2.1

需求描述模型

统在实用性的基础h具有复用性及拓展性,以提高

系统设计和使用效率,然而,这方面的研究目前鲜有报道。应用诸元领域已有的研究成果,将uML技术应用于诸元检验系统设计是解决这一问题的有效途径,本文将对此进行深入分析和研究:

系统构成及流程简析

为了实现诸元检验的功能,潜射战略导弹诸元检验系统一般包含如下实体:诸元、导弹、潜射环境十扰器、飞行环境干扰器、标准环境生成器、测评器。测评器将诸元参数装订到导弹;潜射环境十扰器产生海况、定位、定向误差以及速度误差等干扰信号;飞行环境干扰器产生高空风、扰动引力等干扰信号;标准环境生成器产生地球物理、气象等标准飞行环境;导弹依据装订的诸元,在标准环境和各种十扰的复合作用下进行仿真飞行;测评器实时接收导弹飞行的状态信息以及落点参数,判定诸元的匹配性及正确性。覆盖性检验就是针对发射区域和目标区域问所有弹道诸元开展卜述匹配性及正确性检验、、

天.圭

|;冬i

系统用例图

用例模型明确系统需求、范罔和作用,是系统设计和开发的基础。9。用例图中,“椭圆”表示用例,

“人形”图符表示执行者,用例和执行者之间的连线

表示二者之间的关联和信息交流。操作人员通过匹配性、正确性、覆盖性检验达到潜射弹道导弹诸元全面检验的目的,覆盖性检验以匹配性和正确性检验为基础,i者都通过导弹模拟飞行方式进行。据此可得到如图1所示的系统用例图。2.2系统结构模型

基于UML的系统建模

UML是一种基于面向对象的可视化建模语言,

类(Class)是面向对象技术中最基本的元素,类模型揭示了系统的结构“’。建立系统结构模型可以采取如下方法:首先细化用例模型,提取系统中的类,然后对类的属性和操作进行描述。

南需求描述的用例图可知,匹配性、正确性、覆盖性检验都以导弹模拟飞行为手段,冈此,针对导弹模拟飞行细化模型,建立与系统实体构成相对应的类模型,主要包括如下类:导弹类(Missile)、诸元类

(Data)、潜射环境干扰类(SubDisturb)、飞行环境干

它提供了用图形符号来表示模型的元素,它可消除一些潜在的不必要的差异,还可通过统一语义和符号表示,使项目植根于一个成熟的标准建模语言,从而可以拓宽所研制开发的软件系统的适用范围,并提高其灵活程度。

UML包括基本构造块、支配运用构造块的规则

和机制3个要素。基本构造块包括事物、关系和图。事物包括结构事物、行为事物和分组事物;关系包括依赖、关联、泛化和实现。规则包括事物、关系和网命名,给名字以特定含义即范同,使用即可见性;事物正确、一致地相互联系即完整性;运行或模拟动态模型即执行。机制包括详细说明、修饰、通用划分和

扩展。

扰类(FltDisturb)、标准环境类(StanEnvi)、测评类

(Test&Esf)。

导弹类由状态变量类(Slate)、导航制导控制类(GNC)、执行机构类(Actuator)、发动机组类(En—ginecroup)、平台类(Platform)、弹载计算机类(Com.puter)和弹头类(Head)组成。状态变量类随坐标系

和讨‘算模型而异,不同状态变量对应不同的积分右

uMI。支持从需求分析开始的软件开发全过程?UML通过3类图形建立系统模型:用例网、静态结

函数;导航制导控制类负责导弹的导航、制导、控制

算法;执行机构类提供控制力及力矩;发动机组类提

第31卷第6期肖凡等:基于uML的潜射弹道导弹诸元检验系统设计

41

供导弹的推力;平台类提供平台接口及功能;弹载计算机类提供弹上计算机通信接口及功能;弹头类提供弹头各种参数信息。导弹类的结构体系及关联关系如图2所示。

图2导弹类结构体系及关联关系

诸元类由实时诸元类(Real“meData)和固定诸元

类(FixDaf{t)组成。实时诸元类提供发射时潜艇位置、

图3各类结构体系及关联关系

速度、深度、姿态等有关信息;固定诸元类提供飞行程序角、导引参数、目标参数、单元测试参数等信息。

潜射环境干扰类由定位误差类(Poswarp)、定向误差类(Orientwarp)、速度误差类(Velowrap)组成。定位误差类提供定位误差模型;定向误差类提供定向误差模型;速度误差类提供发射时艇速误差

模型。

性检验是接口匹配性及正确性检验的多次循环,因此,本文以诸元匹配性及正确性检验为研究对象,对

其行为进行描述。

诸元实体接收待检诸元,更新诸元信息,将该信息传递给测评器;测评器接收诸元信息后进行整理,整理成适合弹上计算机读取的格式,然后将整理好的诸元信息传递给导弹上的计算机,导弹收到诸元信息后给测评器发反馈消息;导弹收到诸元信息后进行诸元装订,然后接收标准环境生成器发出的标准状态信息,潜射环境干扰器发出的定位、定向及速度误差信息以及飞行环境干扰器发出高空风、气压偏差、大气密度偏差和扰动引力,接下来进行模拟飞行,模拟飞行过程中实时将状态信息发送给测评器,模拟飞行结束后将落点信息发给测评器;测评器将上述信息与飞行程序、目标点等装订的诸元信息进行对比,完成匹配性和正确性检验。这一行为过程

如图4所示。

飞行环境干扰类由高空风类(Altitudewind)、扰动引力类(AbGravitation)、气压偏差类(AirPress—wrap)及:赶气密度偏差类(AirDenwrap)组成。

标准环境类提供标准弹道相关参数,由地球类

(Earth)、大气类(Air)及参数类(coefficient)组成。

地球类提供地球参数和不同坐标系下的正常引力计算;大气类提供大气密度、温度、压强等计算模型;参数类提供压心和重心位置、气动系数、比推力、秒流量等标准参数信息。

上述各类的结构体系其关联关系如图3所示。2.3行为描述模型

uML的顺序图也称序列图,能够很好的描述系统实体内部和实体之间的交互情况,有利于快速建模和反复重用,提高系统开发效率和逼真度。接口匹配性及正确性检验是诸元检验的重点项目,覆盖

系统结构设计

根据前文所建立的系统结构模型及行为描述模

型,潜射弹道导弹诸元检验系统的硬件支撑环境可

42

甲阜巨巨巨E

、\更新诸元l

航天控制

II

诸元参数

诸元参数格式整理

…一一二一兰兰堡竖奎!一L……一L_…一一

II

Il

II

^n!

标准状态信,宙、4"fLt一1^Ju…一E、定f讧、定向

及速度误差

IL

高空风、气压偏差、大L气密度偏差

Il

l及扰动引力

模拟飞行

匹配惟、正:

确性评估;

II

图4诸元匹配性、正确性检验顺序图

由3台计算机构成:检测计算机、导弹模拟计算机及环境模拟计算机。系统结构如图5所示。

环境生成器3类实体,生成潜射环境干扰量、飞行环境干扰量及标准弹道相关参数;导弹模拟计算机运行导弹实体,接收检测计算机的诸元信息、环境模拟计算机的干扰量及相关参数,进行模拟飞行仿真,将飞行状态信息传输给测评计算机。

结束语

潜射弹道导弹发射海域多,打击范围广,诸元参

数多,射前诸元检验是重要的技术保障工作。随着武器装备的发展和换代,提高诸元检验系统设计的效率及复用性日益迫切。本文将uML建模技术应用于潜

I………………………一●

图5系统结构设计图

射弹道导弹诸元检验系统设计,在分析系统工作流程的基础上,建立系统需求描述模型、结构模型和行为描述模型,并对系统的硬件结构及实体布置关系进行

检测计算机用于运行诸元及测评器实体,完成诸元传输及装订、弹地通讯、数据处理、实景显示、系统运行调度管理、匹配性及正确性检验;环境模拟计算机运行潜射环境干扰器、飞行环境干扰器及标准

了设计,有效提高了系统设计效率。设计出的系统在实用性的基础上,还具有复用性及拓展性。

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