基于IDEF0和UML的海上防空作战军事概念模型

张玉杰，叶江华，孙彦良，马心意

(1.空军指挥学院，北京 100097;2.空军勤务学院，江苏 徐州 221000)

海上作战对维护海洋权益，解决领海争端，具有十分重要的现实意义。随着我国海上安全面临的威胁日益突出，海上安全不仅是我国战略利益的重要支撑，并日益成为国家安全的重要组成部分。2015年5月，我国发布的国防白皮书《中国的军事战略》中指出，“根据战争形态演变和国家安全形势，将军事斗争准备基点放在打赢信息化局部战争上，突出海上军事斗争和军事斗争准备。”海上防空作战是海上作战任务的重要组成部分，受海上舰艇编队防空能力限制，必须针对海上作战特点，充分整合陆、海、空、天等多维作战资源，形成具有综合作战能力的防空体系。针对这一思路，本文重点对相关的军事概念模型建模问题进行研究。

军事概念模型是对军事事物、行为及关系等，用文字、表格、图形等进行抽象描述的作战模拟模型，是对军事问题的第一次抽象，主要用于数学建模与软件建模［1］。军事概念建模可分为军事任务的格式化描述和形式化描述两个层次［2］。格式化描述主要是由军事人员用面向领域的概念进行表述，形式化描述主要是仿真人员用形式化的建模规范进行表述。军事概念形式化描述方法有集成定义(Integration Definition，简称IDEF)、统一建模语言(Universal Modal Language，简称UML)和Petri网等方法。其中，IDEF方法针对不同的应用已发展成从 IDEF0到 IDEF14的一个系列［2］。IDEF0用于描述系统的功能，能够较直观地反映作战过程，UML侧重于从技术开发角度以各种视图表达作战行动过程，两者结合使用有助于更好地进行军事概念建模。

1 海上防空作战军事概念模型格式化描述

完整的军事概念格式化描述包括概念定义、规则描述及数据需求三部分，以文字、图表等形式，完成作战想定和任务空间、实体、结构、状态、行为及交互6类要素的描述［3］。限于篇幅，本文重点对海上防空作战想定、相关作战实体和活动进行描述。

1.1 作战想定

本文以敌方来袭飞机为假想拦截作战对象，我方海上防空力量是在天基、空基、海基预警以及技侦等信息支援下，主要由预警机、指挥控制平台、拦截飞机和海上舰艇编队组成。我方作战目的是针对某一重要海域进行防空，保卫我方预警机、舰艇及海上重要目标的安全。

1.2 作战实体

基于分辨率适度、有状态向量、有交互行为3条原则，确定海上防空作战实体有:预警机、指挥控制平台、拦截飞机、舰艇等。这里指挥控制平台实体是一个逻辑意义上的作战实体，指挥控制平台可以基于舰艇平台或预警机平台上，通信可以采用卫星、短波、超短波通信和JIDS数据链等方式。为了便于研究问题，使实体的功能尽可能相互独立，这里专门提取出指挥控制平台这一逻辑实体赋予信息融合与处理、指挥控制和目标引导等功能。

1.3 实体主要活动

海上防空作战中，各种实体根据不同的作战阶段和任务进行一系列活动，如表1所示。

表1 海上防空作战实体主要活动表

2 海上防空作战军事概念模型形式化描述

海上防空作战军事概念模型可综合运用IDEF0和UML建模方法。首先采用IDEF0方法从军事角度描述海上防空作战过程，然后基于UML从技术开发与实现角度进行海上防空作战的形式化描述。

2.1 IDEF0建模

IDEF0建模方法是从系统顶层需求开始，逐层分解，最终得到系统详细描述。IDEF0模型是通过活动、输入、输出、控制、机制等要素进行描述。如图1所示，中间的活动是海上防空作战，左边的输入是敌方飞机目标信息，右边的输出是拦截结果，上方的控制是防空作战的任务和原则，下方的机制是防空作战平台等执行环境。

图1 海上防空作战任务顶层示意图

在顶层设计的基础上，可以进一步分解得到如图2所示的细节图，这里将防空作战平台具体细分为预警机、舰艇、拦截机和指挥控制平台，并对其各自的功能进行描述。

图2 海上防空作战任务细节示意图

2.2 UML建模

UML是基于面向对象思想的图形化建模语言，定义了九种视图［2］，可以根据具体需求进行取舍。本文重点应用UML的类图、活动图和顺序图来建立海上防空作战军事概念的UML模型。

2.2.1 实体类属性及操作分析

在明确任务和实体功能的基础上，需要用UML类图描述出作战过程中的实体及其静态关系，方便系统进行技术实现。系统中的实体是由属性及其活动组成，对应于类中的属性和操作。图3为系统的类图，其中，预警机和拦截机都继承自作战飞机这一基类，具有基类中的所有属性和操作。

2.2.2 实体状态及事件分析

根据上述所列实体主要活动，使用UML状态图详细描述实体在海上防空作战中有哪些状态以及哪些事件引起状态的改变，具体内容参见表2和图4。

图3 海上防空作战实体及其关系类图

2.2.3 实体活动分析

活动图是状态图的一种形式，主要描述各实体所要进行的活动以及活动间的约束关系。如图5为海上防空作战行动活动总体图。

根据观察-判断-决策-行动(Observe-Orient-Decide-Act，简称OODA)的作战思想，可以将海上防空作战活动划分空中预警、空中拦截、舰队防空三个子活动，指挥控制包含在以上三个子活动当中。其中各子活动还可进一步细化，限于篇幅，不再具体描述。

如图6所示，空中预警活动主要包括起飞、飞向空域、预警探测、指挥引导、安全规避和返航等活动，主要任务是执行预警探测，并按要求进行指挥引导活动，完成任务后返航。当有目标来袭时，如果拦截机和舰队防空未成功拦截，预警机受威胁时则采取安全规避动作。

表2 海上防空作战实体主要状态和事件表

图4 海上防空作战实体状态图

图5 海上防空作战行动活动总体图

图6 空中预警活动图

如图7所示，空中截击活动主要包括起飞、飞向空域、巡逻待战、空战、返航等活动，具体过程是在指挥控制平台的指挥下，首先起飞出航到指定的作战空域进行巡逻待战，发现异常情况随时向指挥控制平台报告。然后，按命令和指挥引导指令与来袭敌机进行空战，如果我机未被击落，则按要求返航或者继续巡逻待战。

如图8所示，舰队防空作战活动主要包括离港、驶向海域、防空警戒、防空作战、返航等活动，具体过程是在指挥控制平台的指挥下，驶向指定的作战海域进行防空警戒，发现异常情况随时向指挥控制平台报告。然后，按命令和指示的目标进行防空作战，若拦截任务完成则按要求返航或者继续防空警戒。

2.2.4 实体交互分析

顺序图用来描述对象之间动态的交互关系，并着重体现对象间消息传递的时间顺序。如图9所示，消息传递顺序:首先，预警机、海上巡逻舰艇或空中待战飞机发现目标并把目标信息发送给指挥控制平台。然后，指挥控制平台负责信息处理和决策，下令飞机拦截或舰队防空拦截，如果是飞机拦截，则给拦截飞机下达任务指令并实施指挥引导，拦截机将拦截情况反馈给指挥控制平台。舰队防空拦截情况与此类似。

图7 空中截击作战活动图

图8 舰队防空作战活动图

3 结束语

本文首先阐明了海上防空作战的重要现实意义，根据海上防空作战想定和任务，梳理出预警机、拦截机、舰艇编队和指挥控制平台等作战实体和主要活动。然后运用IDEF0规范化建模方法描述了海上防空作战主要任务。运用UML对海上防空作战实体类属性及操作、实体状态及事件、实体活动、实体交互等进行了规范化描述，建立了海上防空作战军事概念模型，为海上防空作战仿真系统开发及作战效能评估提供支撑。该方法有利于规范作战行动建模过程，可行性和实用性较强，对开发作战行动军事概念模型具有较好的参考价值。

图9 海上防空作战顺序图

［1］军事科学院.中国人民解放军军语［M］.北京:军事科学出版社，2011:668.

［2］聂永革，等.空军作战行动仿真一体化建模［M］.北京:蓝天出版社，2014:18-97.

［3］李大喜，等.基于IDEF0和UML的空基反导军事概念模型［J］.系统仿真学报，2014，26(5):969-974.

［4］赵春刚.UML实用基础教程［M］.北京:北京大学出版社，2013.