雷达目标回波与干扰模拟软件系统的工程化设计

张坤峰，郑灼洋，罗 杰，纪 要

（船舶重工集团公司723所，扬州225001）

0 引 言

近年来，随着计算机仿真技术和软件工程化的发展，军用雷达与电子战模拟仿真软件系统［1］的设计必须遵循软件工程化的设计要求，既要具有相当高的实时性，又要具有比武器系统更美观的人机界面。雷达目标回波与干扰模拟软件系统作为雷达与电子战仿真系统软件的一个重要分支，其设计也必须采用软件工程化的设计理念。软件工程化的设计理念和过程［2］首先是根据用户需求进行软件需求分析，在需求分析阶段主要对软件的功能需求、接口需求和设计要求等进行分析；在软件需求分析完成之后，进入软件设计阶段，进行软件结构、软件接口、软件流程等设计，形成软件设计文档，也可根据软件的规模和复杂程度将软件设计阶段分为软件概要设计和软件详细设计，软件设计文档形成后，可进行软件编码、软件集成，产生软件源代码和可执行文件；最后进入软件系统测试阶段，完成对软件的测试、修正、回归测试和维护。目前，软件工程化的设计理念和方法已得到了非常广泛的推崇，并在提高软件可靠性方面效果显著。

雷达目标回波与干扰模拟软件系统的设计遵循了软件工程化的设计理念，既满足了高实时性的要求，又兼顾了人机界面的美观。为了满足实时性要求的需求，采用了分布式系统的设计思想，根据系统运行环境，将雷达目标回波与干扰模拟器软件系统分为非实时和实时两部分。非实时部分主要运行于高性能工业控制计算机上，实时部分运行于高性能数字信号处理器（DSP）＋大规模现场可编程门阵列（FPGA）＋高速I／O的专用集成板卡。为了满足人机界面美观性的要求，雷达目标与干扰模拟软件系统显示控制程序采用Microsoft Windows XP操作系统，运用标准 Windows标准界面风格，使人机界面既美观又方便实用。由于Windows XP操作系统为非实时操作系统，为了保证实时通讯，采用外部定时中断的方法来实现。

1 软件需求分析

软件需求分析阶段主要是依据用户的软件设计要求，充分与用户进行沟通交流，详细分析软件系统的功能需求、接口需求和设计要求等，形成完善的软件需求分析文档，包括软件需求规格说明、开发计划、质量保证［3］计划、测试计划等一系列管理文档，工作繁杂，且工作量大，该阶段是软件工程化设计历时较长的重要阶段，是软件实现和质量保证的关键阶段。

雷达目标回波与干扰模拟软件系统在软件需求分析阶段形成了完备的软件需求规格说明、开发计划、质量保证计划、测试计划等文档。为体现雷达目标回波与干扰模拟软件系统的需求分析阶段，这里仅介绍其软件需求分析规格说明中的功能需求、接口需求和设计要求。

根据软件需求分析，雷达目标回波与干扰模拟软件系统主要包括以下功能：

（1）具备雷达目标干扰模拟系统的软、硬件初始化、自检和标校功能；

（2）具备雷达目标干扰模拟系统的系统管理和操控显示功能；

（3）具备雷达目标干扰模拟系统的战情设置、生成和运行功能；

（4）具备雷达目标干扰模拟系统的接口通信功能；

（5）具备雷达目标回波信号的产生控制和幅度控制功能；

（6）具备欺骗干扰信号的产生控制和幅度控制功能；

（7）具备噪声干扰信号的产生控制及幅度控制功能。

根据软件需求分析，雷达目标回波与干扰模拟软件系统无外部接口需求，只包括内部接口需求。其内部接口主要包括显示控制单元与幅度控制单元的接口、显示控制单元与目标及欺骗干扰产生单元的接口、显示控制单元与噪声干扰产生单元的接口。

根据软件需求分析，雷达目标回波与干扰模拟软件系统的部分设计要求包括：

（1）实时性要求：仿真周期为毫秒级，CPU占用率＜70%，内存占用率＜50%；

（2）人机界面要求：可视化强、美观、便于操作；

（3）软件测试要求：静态测试、动态测试。

2 软件设计

软件设计阶段主要是对软件需求规格说明的所有需求进行设计，同时对软件开发计划、质量保证计划、测试计划中的内容进行落实。一般情况下，对于复杂的大型软件系统而言，可将软件设计阶段分为软件概要设计和软件详细设计2个阶段。软件设计最终需形成软件设计说明、软件配置项测试说明、软件部件测试说明和软件单元测试说明等文件。

软件编码人员必须严格按照软件设计说明进行代码编制，软件测试人员需依据软件配置项测试说明、软件部件测试说明、软件单元测试说明进行软件测试。软件单元和软件部件测试完成，且进行修正之后，即可进行软件集成，形成软件系统源代码和可执行程序。雷达目标回波与干扰模拟软件系统的软件设计阶段，严格遵守上述过程进行设计，最终形成了完整的软件设计说明文档、软件配置项测试说明、软件部件测试说明和软件单元测试说明等文档。

下面简要介绍雷达目标回波与干扰模拟软件系统的软件结构设计、接口设计、控制流程设计、人机界面设计等方面的设计内容，以体现雷达目标回波与干扰模拟软件系统的软件设计阶段。

2.1 软件结构设计

雷达目标回波与干扰模拟软件系统运行的硬件环境主要由显示控制计算机、幅度控制器、目标回波及欺骗干扰产生器和噪声产生器组成。其中，显示控制计算机为高性能工业控制计算机，幅度控制器、雷达目标回波及欺骗干扰技术产生器和噪声产生器均为高性能DSP＋大规模FPGA＋高速I／O的专用集成板。雷达目标回波与干扰模拟软件系统运行的硬件环境如图1所示。

图1 雷达目标回波与干扰模拟软件系统运行硬件环境

根据软件需求规格说明中的功能需求、设计要求和软件运行的硬件环境的情况，雷达目标回波与干扰模拟软件系统分为显示控制软件、幅度控制软件、目标回波及欺骗干扰软件和噪声干扰软件四部分，并分别运行于显示控制计算机、幅度控制器、目标回波及欺骗干扰技术产生器、噪声产生器上。因此，按照软件工程化的设计要求，雷达目标回波与干扰模拟软件系统设一个软件配置项，命名为雷达目标回波与干扰模拟软件配置项，配置项标识为：CSCI：RTJS。该软件配置项共分为两级软部件，包括4个一级软部件、32个二级软部件，雷达目标回波与干扰模拟软件配置项结构设计框图如图2所示。

图2 雷达目标回波与干扰模拟软件配置项结构设计框图

雷达目标回波与干扰模拟软件配置项结构设计中，充分考虑了软件需求规格说明中对软件实时性达到毫秒级仿真周期的设计要求，采用了分布式系统的设计思路，并将雷达目标回波与干扰模拟器软件系统分为非实时和实时两部分。

其中显示控制软部件为非实时部分，运行于高性能工业控制计算机上，幅度控制软部件、目标及欺骗干扰软部件和噪声干扰软部件为实时部分，运行于幅度控制器、目标回波及欺骗干扰产生器和噪声产生器中的高性能DSP＋大规模FPGA＋高速I／O的专用集成板卡。

为了兼顾可视化强、美观、便于操作的人机界面要求，显示控制软部件采用Microsoft Windows XP操作系统，运用标准 Windows标准界面风格，使人机界面既美观又使用方便。由于Windows XP操作系统为非实时操作系统，为了满足实时性要求，在显示控制软部件中利用底层中断接收幅度控制软部件控制的FPGA产生的外部硬定时中断，保证了系统的实时性。

2.2 软件接口设计

雷达目标回波与干扰模拟软件系统无外部接口需求。内部接口需求主要为了实现显示控制软件与幅度控制软件、目标回波及欺骗干扰软件和噪声干扰软件的通信，最终实现软件系统对硬件系统的时序控制。

根据软件需求规格说明中的软件接口需求，按照软件工程化的设计方法，雷达目标回波与干扰模拟软件配置项（CSCI：RTJS）主要包括以下内部接口，分别为：

（1）显示控制软部件与幅度控制软部件的接口，标识为：SCII：RTJS／SMCD＿AMC；

（2）显示控制软部件与目标及欺骗干扰软部件的接口，标识为：SCII：RTJS／SMCD＿TJM；

（3）显示控制软部件与噪声干扰软部件的接口，标识为：SCII：RTJS／SMCD＿NJM。

雷达目标回波与干扰模拟软件配置项的接口框图如图3所示，其接口信息如表1所示。

图3 雷达目标回波与干扰模拟软件配置项接口组成框图

2.3 软件控制流程设计

根据软件需求规格说明中的软件系统控制时序关系的需求，雷达目标回波与干扰模拟软件系统的软件流程图如图4所示。

表1 雷达目标回波与干扰模拟软件配置项接口信息

图4 雷达目标干扰模拟软件流程图

2.4 人机界面设计

根据软件需求规格说明中对于人机界面的可视化强、美观、便于操作的设计要求。雷达目标回波与干扰模拟软件系统的人机界面采用标准Windows界面风格，其主操作界面采用视图窗口形式，如图5所示。其参数设置界面采用标准对话框形式，以雷达参数设置界面为例，如图6所示。主操作界面左边为目标态势显示区，采用极坐标系，该显示区是以雷达为中心，以雷达探测距离为半径的圆面。最外面圆周上的角度为目标在雷达坐标系的方位角。该模拟器产生目标回波时，目标态势显示区显示目标航迹。目标态势显示区的3个圆周为等间距距标，最外的距标上有方位角的显示，每隔15°显示角度，其余刻度以短划线显示，0°为正北方向。操作界面的右边是5个参数设置窗口和1个状态信息显示窗口，采用泊位窗口形式显示，每个参数设置窗口可以停靠在应用程序的边界上，也可以漂浮在屏幕的任意位置，窗口大小也可以任意拉伸或缩小。

图5 雷达目标回波与干扰模拟软件的主操作界面

图6 雷达参数设置对话框

雷达目标回波与干扰模拟软件系统设计阶段形成了完整的软件设计说明、软件配置项测试说明、软件部件测试说明、软部件测试说明等文档。并通过Microsoft Visual C＋＋6.0，CCS，Xilinx等软件开发工具进行了软件的开发实现。

3 软件测试阶段

软件测试阶段主要根据软件需求阶段的软件测试计划、软件质量保证计划和软件设计阶段的软件配置项测试说明、软件部件测试说明和软件单元测试说明进行软件测试，软件测试实际上从软件设计阶段就已经开始了，在完成软件单元编码之后，就可开始进行软件单元测试，形成软件单元测试报告。同样在软部件编写完成后，就可进行软部件测试，形成软部件测试报告。

只有软件集成测试是在软件系统完成之后进行的。雷达目标回波与干扰模拟软件系统的软件测试就是按照软件单元测试、软件部件测试和软件配置项测试的过程进行软件测试和回归测试，并形成软件单元测试报告、软件部件测试报告和软件配置项测试报告。软件测试过程采用的静态测试工具和动态测试工具分别为：Mccable IQ、Testbed和Tbrun。其中 Mccable IQ进行复杂度、覆盖率测试，Testbed进行编程规则检查和覆盖率测试，Tbrun进行软件单元测试和软件集成测试。通过软件测试有效提高了雷达目标回波与干扰模拟软件系统的可靠性。

4 结束语

本文简要介绍了雷达与目标干扰模拟软件系统根据软件工程化要求进行设计的方法和过程，着重从软件需求分析阶段的功能需求、接口需求、设计要求，软件设计阶段的结构设计、接口设计、控制流程设计、人机界面设计以及软件测试阶段的软件测试等方面进行了叙述，反应了软件工程化的设计理念、设计方法和设计过程。通过对雷达与目标干扰模拟软件系统的运行情况的监测，采用软件工程化的设计理念和设计方法，有效地提高了软件系统的可靠性。

［1］汪连栋，马孝尊，王国玉，王国良.雷达对抗仿真软件系统［J］.计算机仿真，2003，20（1）：98－101.

［2］朱少民.软件工程导论［M］.北京：清华大学出版社，2009.

［3］陈明.软件工程导论［M］.北京：机械工业出版社，2010.