基于UML的美军动能反卫作战系统概念建模

郝　琳，毕义明，王　桐

（第二炮兵工程大学，西安　710025）



基于UML的美军动能反卫作战系统概念建模

郝琳，毕义明，王桐

（第二炮兵工程大学，西安710025）

摘要：针对美军动能反卫作战系统，利用UML方法，对其作战仿真概念建模进行了初步的探讨。针对作战系统的反卫作战任务，首先识别系统的主要行为，利用用例图定义系统的功能需求；其次利用类图标识系统用例模型中的所有实体，并分析这些实体的关联关系；最后，采用顺序图展示对象在系统执行过程中不同阶段的动态交互。这样建立的概念模型描述规范，为下一步仿真系统的开发奠定了良好知识表示基础。

关键词：动能反卫，作战系统，概念建模，UML

0　引言

动能反卫星武器系统是指利用动能杀伤拦截器（Kinetic Kill Vehicle，KKV）高速飞行所具有的巨大动能，通过直接碰撞的方式摧毁卫星的武器。它不受气象条件限制，生存能力强，作战效果明显，一般可以在反弹道导弹基础上发展起来，部署方式灵活，技术相对简单。美国是世界上最早研究动能反卫星的国家之一，目前已经具备实战能力［1］。以美军动能反卫星武器系统为基础，研发作战仿真实验系统，可以对动能反卫作战的内在规律进行深入研究，为我国动能反卫作战力量发展提供决策咨询，具有重要的意义。

概念建模是在作战仿真系统开发过程中必须的环节，通过概念建模，可以将存在于军事专家头脑中的领域知识转化为被军事运筹人员采纳的集中知识，从而为后续的仿真开发奠定良好的知识表示基础［2］。UML（Unified Modeling Language）是一种面向对象的语言，它采用视图和文字相结合的表达方式，从技术开发的角度来描述技术人员对真实系统的认识和理解，以各种视图反映系统的基本要素和行为的特点，有助于所开发系统的重用性和扩展性，在仿真系统分析设计方面具有较大的优越性。

本文以2008年美军海基动能反卫星试验为背景，依据文献［1］构建的动能反卫作战系统及作战流程，利用UML方法对作战仿真概念建模进行初步的探讨。

1　美军动能反卫作战系统及作战流程

1.1反卫作战系统构成

美军动能反卫作战系统主要由导弹分系统、武器控制分系统和情报侦察分系统组成［1］，如图1所示：

图1美军动能反卫作战系统结构图

1.2动能反卫作战流程

依据参考文献［1］，美军动能反卫作战流程主要包括以下8个环节，如图2所示。

图2美军动能反卫作战流程图

（1）按照上级命令，情报侦察分系统对目标卫星实施前期侦察监视，不间断地获取目标卫星运行参数等信息；

（2）根据情报侦察分系统获取的情报，国家军事指挥中心提出全面的作战任务，并发送给动能反卫系统的任务控制单元；

（3）任务控制单元根据军事指挥中心的指示，依据情报信息进行详细任务与作战规划，提出最终任务计划并报请上级批准；

（4）军事指挥中心决策后，向任务控制单元下达作战命令；

（5）任务控制单元接到作战命令后，向火力控制单元发送武器输入数据并监视其发射前状态，执行武器系统状态检测和下达武器发射的命令；

（6）火力控制单元接到武器发射命令后，计算武器输入数据并注入导弹，不间断地监测发射前导弹状态，最后执行火力控制，即发射导弹攻击目标卫星；

（7）发射后的导弹到目标卫星附近的区域，在与目标卫星碰撞前约30 s，弹出带有小型钨棒的LEAP动能战斗部，并启动其固体姿轨控系统，实施机动，瞄准已知目标卫星的位置。在直接碰撞目标前，LEAP抛散小型钨棒，以足够的动能撞击并摧毁目标卫星；

（8）根据情报侦察分系统获取的目标卫星的毁伤信息，军事指挥中心做出是否需要再次对目标卫星实施攻击的决策。若不需要，则下达作战结束的命令，任务完成；否则，在系统一切正常条件下，向导弹武器系统再次下达攻击命令，从而进入新一轮作战流程。

2　基于UML的美军动能反卫作战系统概念建模

用UML描述概念模型一般步骤如下［2］：

（1）寻找、建立该模型所涉及的所有用例，逐级建立各种用例图；

（2）找出用例中所涉及到的各种实体，用类图来细化要描述的各种实体；

（3）找出实体中的各种活动或行为，用行为图、状态图、活动图以及交互图来进一步完善用例图。

2.1动能反卫作战仿真概念建模的用例描述

UML中的用例定义是：系统执行的一组动作序列，这些动作可以产生一个特定参与者可观察的数值结果。这些动作会涉及与多个参与者（用户和其他系统）的通信，以及在系统内部执行的计算和任务［3］。用例分析是系统设计的基础，它明确了系统的需求，是确定系统范围、系统模型粒度等因素的前提条件。

在美军动能反卫作战系统中，侦察监视目标、制定作战方案、发射导弹等都是系统用例的实例［4］，概念建模中所涉及到的所有用例如下页图3所示。

2.2动能反卫作战系统对象识别

图3地基动能反卫作战系统用例图

用例图定义了系统的功能需求。完成系统需求分析之后，需要划分系统的对象组成，这是面向对象建模的核心工作之一。结合UML的具体工作是：标识和分析地基动能反卫作战系统用例模型中的所有实体，并分析这些实体的关联关系。在UML中实体是用类图来表示的，实体的相关内容可以在类图的属性里。系统中实体之间的组合关系可以用聚合（Aggregation）来表示，其他关系可以用类之间的联系来表示。系统的类图如图4所示。

图4动能反卫作战系统类图

2.3动能反卫作战系统对象交互和行为建模

从动能反卫作战系统用例图中可以识别出系统的主要行为，从类图的对象关系中获取系统静态结构和部分系统行为信息。在此基础上，可以建立描述系统特殊行为的动态模型，从而展示对象在系统执行过程中不同阶段的动态交互［5］。在UML中，交互可以用3种图来描述：顺序图、协作图或活动图，其中顺序图的主要焦点是时间，协作图的主要焦点是空间，而活动图的主要焦点是工作。考虑到在美军动能反卫作战系统的动态描述中侧重于时间，因此，本文采用顺序图描述系统的动态交互，如图5所示。

图5动能反卫作战系统顺序图

3　结论

本文采用UML方法研究了美军动能反卫作战仿真系统概念建模。概念建模在作战仿真系统的开发过程中是必不可少的，它可以作为设计作战仿真系统的参照物，为后续的开发工作奠定良好的知识表示基础，同时也是判断仿真资源重用潜力的重要基础。UML语言是一种对人和机器都适用的建模语言，它采用视图和文字相结合的表达方式，便于交流沟通，同时也利于计算机软件实现自动化建模，进而实现概念模型和仿真系统在构建思想上的一体化。

参考文献：

［1］熊东旭，赵新国.美军海基动能反卫系统及其作战流程探析［J］.飞航导弹，2010（11）：55-58．

［2］曹晓东，王杏林.概念建模［M］.北京：国防工业出版社，2013．

［3］EIRKSSON H E，PENKER M. UML工具箱［M］.俞俊平，余安萍，译.北京：电子工业出版社，2004．

［4］张东洋，黄树彩.空天信息支持反卫星作战军事概念模型［J］.航天控制，2011，29（4）：75-79．

［5］王磊，周俊.基于UML反导通信与指控系统建模研究［J］.空军雷达学院学报，2011，25（2）：128-131.

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Research on Conceptual Modeling of U.S. Kinetic Energy Anti- Satellite Combat System Based on UML

HAO Lin，BI Yi-ming，WANG Tong
（The Second Artillery Engineering University，Xi’an 710025，China）

Abstract：In this paper，the conceptual model of the U.S. Kinetic Energy Anti-Satellit combat system is discussed by utilizing UML. Aiming at the operational tasks of combat system，main behaviour of system are identified firstly，then function requirement is defined with the use -case diagram. Secondly，all of the entities are identified with class diagram and relationship analysed. Finally，dynamic Interactive in different phase are displayed by sequence diagram. This description of conceptual model is normative，and can be provide good foundation for Development of Simulation System.

Key words：kinetic energy anti-satellit，combat system，conceptual modeling，UML

作者简介：郝琳（1978-），女，山东定陶人，硕士。研究方向：作战建模与仿真。

收稿日期：2015-01-05

文章编号：1002-0640（2016）02-0001-03

中图分类号：TP311.52

文献标识码：A

修回日期：2015-02-17