基于UML的战场频谱管理系统需求描述

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摘要：高技术条件下的作战，参战力量多元，可用频谱资源十分有限，传统手工方式频谱管理已不适应现代化战争，迫切需要计算机辅助管理。该文简要介绍了UML的特点，并使用UML对战场频谱管理系统进行了有效的需求分析。

关键词：频谱管理；统一建模语言；用例

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2009)04-0959-02

Requirements Analysis of Battlefield Electromagnetic Spectrum Management System Based on UML

LIANG Guo-qing1,2, CHEN Jian2

(1.Brigade 69296 of PLA, Kashi 844200, China; 2.C4ISR Technology Key Lab of NUDT, Changsha 410073, China)

Abstract: There are many stations that using frequency in the battlefield, but the useable electronmagnetic spectrum is finity, tradition electromagnetic spectrum management is handwork, however, is not fit the modern war, cry for the computer assistant management. The article introduces characteristics of UML, and describes battlefield electromagnetic spectrum management system's requirements by UML.

Key words: electromagnetic spectrum management; UML; use case

1 引言

高技术条件下的作战，参战力量多元，各种各样的电子信息作战装备同时应用于战场，加之敌方激烈的电磁干扰以及民用电磁设施的影响，使得战场电磁环境极其复杂，可用频谱资源十分有限。在这种情况下，只有加强战场电磁频谱管理才能充分、合理地利用电磁频谱，达成最佳作战目的[1]。但频谱管理是一个非常复杂的过程，它包括许多需要注意的步骤和问题，只有把它们全部考虑在内，才有可能有效利用无线电频谱。由于战场用频台站数量之大，利用传统的手工方式管理台站，凭借传统的经验审批频率以及被动式查找干扰等管理行为已不能适应现代化战争，因而必需有效的计算机支持。为此，需要开发研究战场频谱管理系统。通过战场频谱管理软件，指战员可以迅速了解战场电磁态势，分配电磁频谱资源，避免（或减小）用频台站间互扰问题，构造出有利于己而不利于敌的战场电磁环境。本文采用先进的统一建模语言（unified modeling language, UML）对战场频谱资源管理系统进行需求分析，可为战场频谱资源管理系统的开发提供较为完整的需求信息。

2 UML简介

UML是一种标准的图形化建模语言，是面向对象技术发展的重要成果。它融合了Booch、OMT和OOSE方法中的基本概念，并在这些方法的基础上，广征意见，集众家之长，扩展了现有方法的应用范围。UML适用于以面向对象的技术来描述任何类型的系统，而且适用于系统开发的不同阶段，可以应用于任何领域。

UML作为一种标准的图形化建模语言有如下特点：UML的词汇表和规则注重对系统进行概念上和物理上的描述；UML符号的表示法定义了规范的可视化元素，并为开发者使用这些可视化元素进行系统建模提供了标准；UML可以对重要的分析、设计和实现进行详细描述，所建模型具有精确性、无歧义性和完整性；用UML描述的模型可与各种编程语言直接相连[2]。

作为一种建模语言，UML中有3类主要元素，即基本构造块（basic building block）、规则（rule）和公共机制（common mechanism）。图是UML中最重要的元素之一，共分9种图：用例图、顺序图、协同图、类图、对象图、状态图、活动图、构件图和部署图。

用例图（Use case diagram）是UML在系统需求分析阶段来捕获用户需求的有效手段和方法。它用于显示若干角色（Actor）之间的连接关系，并不描述系统内部对该功能的具体操作方式，即通过用例建模，描述系统应向外提供何种功能，形成系统的问题域。活动图、类图、顺序图主要用于分析阶段，状态图、类图、对象图、协作图主要用于设计阶段，构件图和部署图主要用于实现阶段[3]。

3 战场频谱管理系统需求建模分析

3.1 战场频谱管理系统功能剖析

战场频谱管理系统功能包括[4,5]：

1）项目管理 为了便于管理频谱数据及存贮计算结果，在设计之前将频谱管理纳入项目管理范围，内容包括建立新项目、打开已有项目。

2）频谱监测 实现对检测站的控制和监测数据的分析处理等，包括检查监测站的配置、选择监测站设备及监测天线；对信号进行测试，查看一定频段内频率占有情况；对信号参数进行测量，计算信号的频偏、带宽和载频；查找干扰源位置。

3）电磁兼容性分析 对可能受到的或产生的干扰进行预测，从频率、时间、空间和能量四维角度考察各电子设备间的电磁隔离度，分析所产生干扰的大小及影响范围，评价干扰的危害程度。

4）频率规划与指派 为各种无线电业务划分无线电频谱的过程，为有效使用频谱，划分的频段必须符合预期业务要求的传播条件。

5）电子系统数据库 为各类电子系统建立数据库，记录其特性参数。这些数据是进行敌我识别，生成对抗措施的基本资料。

6）电磁态势显示。对战场上各种电磁信号的类型、属性和分布情况进行分析，并用图形、分析报告等方法将战场电磁态势表现出来。

7）网络服务 主要完成两种功能：一是网络通信，即实现数据的收发、传输；二是实现简单的网络管理。

3.2 战场频谱管理系统用例模型

根据上述的系统需求分析，对系统进行需求分析。在UML中用例图可从系统的外部看到系统的内部功能，它采用一些图形符号和文字来记录使用者的要求。用例图的基本元素有角色、用例、关系。

角色是指与系统交互的人或物。角色有3类：系统的使用者、外部系统、时间。战场频谱管理系统的角色有直接使用该系统的人和外部数据库，其中外部数据库有地理信息系统（GIS，Geographic Information System）和无线电台（站）设备数据库。

用例是系统提供的一种功能，是系统、子系统或外部参与者交互的动作序列的说明。战场频谱管理系统的顶层用例有：项目管理、频谱监测、电磁兼容性分析、频率规划与指派、数据管理、电磁态势显示、网络服务等7个用例。系统顶层用例图如图1所示，顶层图反应了系统总的需求情况。

3.3 顺序图

顺序图用来反映若干个对象之间的动态协作关系，主要反映对象之间发送消息的先后次序，说明对象之间的交互过程。顺序图由若干个对象组成，每个对象用一条垂直的虚线表示（线上方是对象名）。每个对象的正下方有一个矩形条，它与垂直的虚线相叠，矩形条表示该对象随时间流逝的过程（从上至下），对象之间传递的消息用消息箭头表示，它们位于表示对象的垂直线条之间。

1）基本数据输入顺序图。使用者通过数据管理的基本数据输入窗口输入基本数据，一部分基本数据由使用者根据战场情况和要求，从数据窗口输入，另一部分与地理有关的数据可通过查询地理信息系统来获得，与设备有关的信息可从无线电（台）站数据库中获得。基本数据输入结束后，保存在频谱项目数据库中，供后面的设计模块调用。基本数据输入顺序图如图2所示。

2）电磁兼容性分析顺序图。基本电磁数据输入结束后，就可以进行各功能计算了，这里以电磁兼容性分析为例。在电磁兼容性分析窗口中，通过变换参数的计算各种干扰，得出台站干扰的大小及影响范围，实时显示在该参数状态下电磁态势图上，最后结果保存在频谱项目工程数据库中，供后面的设计模块调用。电磁兼容性分析顺序图如图3所示。

3.4 活动图

活动图描述系统中各种活动的执行顺序，活动图常用于描述一个操作执行时的流程，也可以用于描述一个用例的处理流程，或者某种交互流程。活动图由一系列活动组成，当某个活动执行完毕之后，控制将沿着转移箭头转向下一个活动。在UML中没有流程图，可以用活动图来描述系统的总体或局部流程。图4为战场频谱管理系统总体活动图，可分为项目管理、工程数据建立与管理、数据管理、电磁兼容性分析、网络管理、频率规划与指派和电磁态势显示等7个部分。

4 结束语

本文采用UML对战场频谱管理系统进行了需求分析，开发建设战场频谱管理系统有利于战场电磁资源的管理，提高电磁资源的处理速度，降低电磁资源管理的成本。

使用UML对系统需求进行描述可以帮助用户和分析人员对问题描述和理解达成共识，较少语义差异，保障分析的正确性，克服传统需求分析在问题领域、系统功能描述方面精确度低的问题。在实际应用中，UML可以根据不同的系统，从不同的角度，以不同的详略程度对系统需求进行构造。

参考文献：

[1] 谷岩峰,高常见,安渭琳.战场电磁频谱实时管理问题研究[J].国防科技,2007(5):71-73.

[2] 孙朝霞,李春光,马莉.基于uml的车辆管理系统需求分析[J].青岛建筑工程学院学报,2005,26(2):71-73.

[3] 郑益民,倪宏革,郝令涛.基于UML的公路涵洞CAD系统的需求分析[J].烟台师范学院学报:自然科学版,2005,21(4):306-309.

[4] 梁百川.战场电磁频谱监测与管理[J].航天电子对抗,2007,24(4):38-41.

[5] 陈磊,唐艺.无线电磁频谱管理系统的设计探讨[J].科技信息:学术研究,2008(09):28-29,32.