李義 張明智 秦永剛

現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)對(duì)太空依賴的程度日益提高,星地信息鏈路已經(jīng)成為偵察監(jiān)視、通信聯(lián)絡(luò)、指揮決策等行動(dòng)的基礎(chǔ)設(shè)施和支撐要素[1].從近幾場(chǎng)高科技局部戰(zhàn)爭(zhēng)可以看出,星地信息鏈路在各種軍事活動(dòng)中正在扮演越來(lái)越重要的角色,對(duì)敵方星地信息鏈路的干擾破壞活動(dòng)已經(jīng)成為對(duì)抗雙方爭(zhēng)奪“制信息權(quán)”的主要活動(dòng)之一[2].星地鏈路信息干擾流程可視化研究,有助于辯證、系統(tǒng)地分析空間信息攻防時(shí)機(jī)、信息攻防行動(dòng)的可行性、作戰(zhàn)流程管理和武器裝備等多方面的問(wèn)題,找出影響和制約空間信息攻防行動(dòng)的主要矛盾,解決空間信息攻擊武器裝備建設(shè)等一系列重大問(wèn)題.以地基信息干擾系統(tǒng)干擾星地信息鏈路的過(guò)程為研究對(duì)象,運(yùn)用工具UML 2.0&TAU G2,分別設(shè)計(jì)與驗(yàn)證其工作流程可視化模型,為干擾流程提供定性分析與驗(yàn)證.

1 星地鏈路信息干擾的基本想定

以地基信息干擾系統(tǒng)為例,從仿真武器系統(tǒng)構(gòu)架模型的角度實(shí)現(xiàn)地基信息干擾系統(tǒng)的干擾流程可視化,在邏輯層次和行為層次上驗(yàn)證地基信息干擾系統(tǒng)的工作流程.根據(jù)TAU G2設(shè)計(jì)武器系統(tǒng)時(shí)的作戰(zhàn)想定描述形式,以地基信息系統(tǒng)干擾對(duì)方星地鏈路的想定描述如下[3]:

1)目標(biāo):完成地基信息干擾系統(tǒng)對(duì)星地信息鏈路的干擾任務(wù).

2)成員:地基信息干擾系統(tǒng)(包括控制系統(tǒng)、偵察分析系統(tǒng)和干擾發(fā)射機(jī)).

3)系統(tǒng)功能:

攻擊:對(duì)空間信息鏈路的攻擊(地基信息干擾系統(tǒng)攻擊星地信息鏈路).

4)行為描述:

目標(biāo)信息獲取:空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)(包括天基與地基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng))、武器系統(tǒng)自身的信息獲取設(shè)備.

5)作戰(zhàn)準(zhǔn)備:接受上級(jí)命令進(jìn)行攻擊前準(zhǔn)備、作戰(zhàn)樣式的選取、武器系統(tǒng)開始設(shè)置并跟蹤目標(biāo)等.

a)攻擊:滿足條件(指揮中心下達(dá)命令或其他條件)、空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)引導(dǎo)武器系統(tǒng)攻擊目標(biāo)、其他系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)狀態(tài).

b)評(píng)估:攻擊過(guò)程中不斷獲取目標(biāo)毀傷信息、指揮中心進(jìn)行效果評(píng)估.

2 星地鏈路信息干擾流程可視化建模

在武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程可視化研究過(guò)程中,確定系統(tǒng)的功能是前提條件,武器系統(tǒng)工作的目的是為了履行和完成系統(tǒng)功能[4].

星地鏈路信息干擾系統(tǒng)的主要功能和任務(wù)包括“搜索確定衛(wèi)星信號(hào)”、“跟蹤鎖定衛(wèi)星信號(hào)”、“攻擊信號(hào)”和“判斷目標(biāo)毀傷”[5].利用UML 2.0&TAU G2軟件,構(gòu)建星地鏈路信息干擾系統(tǒng)用例圖,如圖1所示.此用例圖是一個(gè)高層作戰(zhàn)概念.圖中每個(gè)模塊代表著一項(xiàng)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)功能,建模的任務(wù)就是對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行進(jìn)一步的功能分解,為模型動(dòng)態(tài)驗(yàn)證打下基礎(chǔ).

地基干擾系統(tǒng)主要包括三大部分,分別是“控制系統(tǒng)”、“偵察分析系統(tǒng)”和“干擾發(fā)射機(jī)”.由此,建立星地鏈路信息干擾系統(tǒng)的組織關(guān)系圖,如圖2所示.其中,地基干擾系統(tǒng)通過(guò)接口P1與指揮中心進(jìn)行信息交互,具體到系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是接口P2.

根據(jù)軟件對(duì)語(yǔ)法語(yǔ)義的規(guī)定,建立如圖3所示的地基信息干擾系統(tǒng)內(nèi)部作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間的信息交互圖.其中,控制系統(tǒng)有兩個(gè)接口P3和P4,偵察分析系統(tǒng)有一個(gè)接口P5,干擾發(fā)射機(jī)有一個(gè)接口P6,3個(gè)系統(tǒng)之間利用接口建立內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的交互信息,其中一方發(fā)出的信號(hào)與另一方接收的信號(hào)必須相互對(duì)應(yīng).

根據(jù)交互圖利用軟件建立地基信息干擾系統(tǒng)的構(gòu)架圖,如圖4所示.其中,每個(gè)功能模塊設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口(Bus Port),根據(jù)系統(tǒng)功能與外界交互類型的不同,所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)接口也不同.在模型運(yùn)行過(guò)程中,仿真信號(hào)在這些虛擬接口和虛擬通道中進(jìn)行傳遞.同時(shí),作為地基信息干擾系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程可視化模型之一,它能夠表明系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)物理結(jié)構(gòu)的連接情況.

圖1 星地鏈路信息干擾系統(tǒng)用例圖

圖2 地基干擾系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)圖

圖3 地基干擾系統(tǒng)內(nèi)部信息交互圖

圖4 地基信息干擾系統(tǒng)構(gòu)架圖

在地基信息干擾系統(tǒng)構(gòu)架模型的設(shè)計(jì)過(guò)程中,系統(tǒng)內(nèi)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)圖是必不可少的.同時(shí),作為系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程可視化模型之一,它體現(xiàn)了系統(tǒng)與外界的信息交互和系統(tǒng)內(nèi)各作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變化過(guò)程,對(duì)“控制系統(tǒng)”、“偵察分析系統(tǒng)”和“干擾發(fā)射機(jī)”分別建立各自的狀態(tài)模型,如圖5～圖7所示.圖5描述的是偵察分析系統(tǒng)的狀態(tài)變換過(guò)程.圖6描述的是控制系統(tǒng)的狀態(tài)變換過(guò)程.圖7描述的是干擾發(fā)射機(jī)的狀態(tài)變換過(guò)程.

最后,建立地基信息干擾系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的作戰(zhàn)序列模型,如圖8所示,利用節(jié)點(diǎn)間的信息交互順序確定作戰(zhàn)信息的交互順序和系統(tǒng)內(nèi)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系.

至此,就完成了對(duì)星地鏈路信息干擾流程的建模,同時(shí)也是干擾流程可視化建模,利用軟件的運(yùn)行功能,通過(guò)人為控制發(fā)送干擾信息或干擾信號(hào)推動(dòng)模型運(yùn)轉(zhuǎn),就可以將該武器系統(tǒng)的相應(yīng)工作流程表現(xiàn)出來(lái).

圖5 偵察分析系統(tǒng)狀態(tài)圖

圖6 控制系統(tǒng)狀態(tài)圖

圖7 干擾發(fā)射機(jī)狀態(tài)圖

3 星地鏈路信息干擾流程可視化模型驗(yàn)證

利用UML 2.0&TAU G2軟件,對(duì)星地鏈路信息干擾流程可視化模型進(jìn)行驗(yàn)證,其驗(yàn)證結(jié)果如圖9所示.模型的驗(yàn)證是對(duì)系統(tǒng)構(gòu)架行為的驗(yàn)證,是根據(jù)控制系統(tǒng)、偵察分析系統(tǒng)和干擾發(fā)射機(jī)3個(gè)子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,利用模型建立的相關(guān)機(jī)制,由軟件模擬產(chǎn)生出的接收到相關(guān)命令后,各系統(tǒng)對(duì)命令的執(zhí)行情況和信息傳遞過(guò)程和結(jié)果,以此來(lái)驗(yàn)證模型的合理性、實(shí)用性、可操作性[6].

對(duì)系統(tǒng)構(gòu)架行為的驗(yàn)證過(guò)程實(shí)際上是對(duì)系統(tǒng)構(gòu)架圖、狀態(tài)圖和作戰(zhàn)序列圖的跟蹤驗(yàn)證,驗(yàn)證能否通過(guò)取決于以上3類視圖的設(shè)計(jì)是否正確.因此,對(duì)系統(tǒng)構(gòu)架行為的驗(yàn)證同時(shí)也是對(duì)系統(tǒng)工作流程可視化模型的驗(yàn)證.經(jīng)過(guò)TAU G2的運(yùn)行過(guò)程,軟件輸出模型的驗(yàn)證結(jié)果如圖10所示.

干擾流程的構(gòu)建以基本想定及干擾行動(dòng)為基礎(chǔ),對(duì)模型的驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)內(nèi)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的指揮關(guān)系、干擾行動(dòng)與節(jié)點(diǎn)間信息交互關(guān)系的驗(yàn)證.因此,星地鏈路信息干擾的流程可視化模型驗(yàn)證結(jié)果說(shuō)明了其干擾行動(dòng)流程在邏輯層次與行為層次上是正確的.運(yùn)用工作流程可視化的方法,通過(guò)類似的模型設(shè)計(jì)與驗(yàn)證過(guò)程,亦可驗(yàn)證地基動(dòng)能反衛(wèi)星系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)攻擊武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程.

圖8 地基干擾系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的作戰(zhàn)序列圖

圖9 星地鏈路信息干擾流程可視化模型驗(yàn)證過(guò)程

圖10 地基信息系統(tǒng)干擾流程可視化仿真結(jié)果

4 結(jié)論

通過(guò)星地鏈路信息干擾流程可視化的研究可以得到以下幾點(diǎn)啟示:

1)設(shè)計(jì)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程可視化模型可通過(guò)使用順序圖、狀態(tài)圖與構(gòu)架圖的結(jié)合來(lái)描述,設(shè)計(jì)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程可視化需求模型可通過(guò)用例圖、組織結(jié)構(gòu)關(guān)系圖和交互圖來(lái)描述.UML 2.0標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言和TAU G2支持行為語(yǔ)言,通過(guò)提供一種用自然行為語(yǔ)言描述系統(tǒng)的方法,就可將系統(tǒng)工程師解放出來(lái),使其專注于系統(tǒng)方面的技術(shù)研究,并且不需要寫代碼就可產(chǎn)生出一個(gè)可運(yùn)行的系統(tǒng)模型,也可以產(chǎn)生一個(gè)無(wú)需代碼的可運(yùn)行的系統(tǒng)模型.這樣,在沒有任何代碼的情況下,系統(tǒng)工程師就能夠很容易讓他們的客戶直觀地看到需求的未來(lái)結(jié)果,軟件工程師很容易明白系統(tǒng)的真正需求[7].通過(guò)以上實(shí)例的作戰(zhàn)流程可視化模型的驗(yàn)證過(guò)程可以產(chǎn)生類似編譯武器系統(tǒng)軟件的代碼,結(jié)合編譯平臺(tái)實(shí)現(xiàn)武器系統(tǒng)軟件的開發(fā),這一成果對(duì)于我軍未來(lái)武器裝備的研究有積極的促進(jìn)作用.

2)對(duì)星地鏈路信息干擾流程可視化的研究?jī)?nèi)容主要包括武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)任務(wù)與具有指揮功能的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn),它們組成了系統(tǒng)的用例圖;武器系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系,系統(tǒng)內(nèi)各作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的功能與依賴關(guān)系,它們組成了系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)圖;武器系統(tǒng)內(nèi)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的信息聯(lián)系,節(jié)點(diǎn)間信息接收與發(fā)送的方式和信息的種類,它們組成了系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息交互圖;武器系統(tǒng)內(nèi)各作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變換過(guò)程與變換條件,它們組成了系統(tǒng)的狀態(tài)圖;武器系統(tǒng)內(nèi)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的物理結(jié)構(gòu)信息聯(lián)系與連接方式,它們組成了系統(tǒng)的構(gòu)架圖.上述視圖既滿足了系統(tǒng)的模型設(shè)計(jì)需求又完成了系統(tǒng)作戰(zhàn)流程可視化模型的設(shè)計(jì).

3)通過(guò)星地鏈路信息干擾這一實(shí)例的流程可視化仿真,其結(jié)果驗(yàn)證了武器系統(tǒng)作戰(zhàn)流程及其可視化模型在邏輯層次與行為層次上的正確性,說(shuō)明了系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系與系統(tǒng)內(nèi)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的作戰(zhàn)指揮關(guān)系的協(xié)調(diào)性.驗(yàn)證結(jié)果證實(shí)了星地鏈路信息干擾流程可視化模型及其作戰(zhàn)流程構(gòu)建的合理性與正確性,間接地開發(fā)了執(zhí)行空間信息攻防任務(wù)的作戰(zhàn)系統(tǒng)架構(gòu)模型,為描述與檢驗(yàn)高層作戰(zhàn)概念下系統(tǒng)的行為提供了依據(jù).