0 引 言

海上移动目标机动性强，运动规律难以琢磨预测，一般采用概率论等统计知识对其潜在运动趋势进行描述、估计。卫星对海上移动目标的观测通常由电子侦察卫星侦测目标信号，之后调用光学卫星对区域位置进行拍照，完成对目标的初次观测，然而两次卫星观测间隔时间长，难以保障对目标的时效要求；无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)载荷观测视场范围窄，需事先指定搜索区域，对目标区域进行地毯式搜索，耗费资源较多 [1]。

针对空天两类观测平台的不足，将两者的能力进行结合，设计空天协同对海上移动目标跟踪观测系统，保障特定用户对海上移动目标的观测保障需求。

UPDM(The Unified Profile for DoDAF and MODAF)是一种基于UML、SysML以及SoaML 的概要文件扩展，服务于MODAF和DoDAF等体系建模语言[2-4]。UPDM 的元模型为不同的体系结构框架中的平衡分析、模型运行、需求跟踪和系统开发执行提供了共同的基础，使信息可以在体系结构内部进行交换。国内现采用的武器装备体系统一建模平台(The Unified Platform of Defense Model，UPDM)其底层依托的是UPDM建模语言，支持DoDAF和MODAF等多种体系结构建模标准[5-7]。本文下述所用UPDM简写代表的是装备体系统一建模平台。

UPDM可以构建空天协同对海上移动目标跟踪观测系统模型，通过统一建模语言完整描述系统体系架构模型，利用解耦有限状态机的方式来实现系统的可执行性。利用UPDM与SysML建模语言的归一化特点，可以较完善地描述系统体系及内部功能流程，螺旋上升式地循环考察体系模型的正确性[7]。

1 UPDM建模方法

武器平台论证工具是新一代的装备体系结构建模与验证平台，遵循现代系统工程思想和方法，基于模型驱动体系架构[8]和体系架构驱动论证的方式，按照体系架构框架标准来建立装备体系的可执行模型，通过高层概念仿真来论证、校核需求和模型，从而保证论证的正确性。

系统的活动模型是从系统的使命任务出发，描述为完成该使命任务所需进行的活动以及各活动之间的关系。需要说明的是该视图除了描述体系要素内部的活动、活动之间的信息流外，还应该描述与体系要素外部活动之间的信息流。具体作战活动的描述粒度，需要根据体系结构的设计目的和要求确定，可采用逐步分解和细化的方式描述。

UPDM主要由UPDM Architect、UPDM Designer、UPDM Developer等三部分组成[10,11]。

由图7仿真曲线可知:车辆横摆角速度为方波信号时,采用PID控制,响应时间为0.25 s,角速度跟踪误差最大值为0.08 rad/s;采用改进神经网络PID控制,响应时间为0.1 s,角速度跟踪误差最大值为0.02 rad/s.因此,在相同道路转弯条件下,车辆横摆角速度跟踪采用改进神经网络PID控制器,不仅响应时间短,而且控制精度高.

UPDM还集成了系统体系架构、作战概念与场景以及验证系统体系架构方法的设计和开发工具，利用SysML描述了装备系统体系架构，利用顺序图可视化仿真技术完成模型的活性、协调性和时间特性的验证；在此基础上，通过作战场景驱动装备体系架构的行为模型，可视化仿真装备系统的运行，完成系统的作战概念、系统体系架构、系统的主要功能验证，从而实现系统体系架构以及系统关键特征的检验、测试和评估[9]。UPDM既支持体系架构静态结构与接口的检验分析，可以完成对模型的静态检查功能，对所有画好的模型图进行静态语法检查，排除逻辑描述的错误，提高设计质量和效率；还可以支持系统动态逻辑与行为的驱动论证，支持通过方案的动态驱动分析进行设计论证，支持系统缺陷的自动捕获，缺陷定位及优化提示[10]。UPDM的内部概要文件(UPDM Profile)[2][11]描述如图1所示。

  

图1 UPDM内部概要文件Fig. 1 UPDM profile

近两年来，美国及北约欧洲国家陆、海、空军及工业部门，如雷神、洛克希德、格鲁曼公司，均运用该平台进行作战体系及武器平台的论证。对美国国防部作战概念论证应用案例的解析表明，该平台已经成为西方军队作战体系和武器平台论证的核心工具。

UPDM提供了自动生成快速概念演示模型的能力，在论证和需求分析阶段，借助作战概念演示模型和系统概念演示模型，论证人员、系统分析人员与用户进行沟通，确认作战需求与系统总体需求。

其中，UPDM Developer以UML语言为核心，支持DoDAF元模型(Metamodel)，是支持DoDAF框架应用的基础，是模型驱动的实时可执行框架建模，可以生成C/C++/Java代码。

UPDM Architect是一个体系分析、评价与论证模块，支持复杂的装备体系建模，支持DoDAF/MODAF，支持装备复杂行为建模，支持以杀伤链为核心的体系效能评估。可以对复杂指控、通讯系统进行需求分析、系统建模与动态验证。

UPDM Designer是系统实现的体系架构模块，提供了高级的可视化建模环境，使用业界标准可视化开发语言SysML来无歧义地表述系统构架、设计和行为，详细描述系统的动态行为。

2 空天协同对海观测系统体系描述

2.1 高级作战概念视图研究

高级作战概念视图是对空天协同对海观测系统应用的总体设计，主要描述各个体系要素、资源的地理分布等内容，还描述应用任务与环境以及其他外部系统的相互关系。作战构想图通常采用图形方式描述，也可以是带有文字说明的多媒体。与特定使命相关的目标、资源以及作战单元等可以用不同图符来表示，对象之间的连接关系可以用直线表示，说明对象之间的信息流、完成任务的目标和顺序。

  

图2 高级作战概念视图Fig. 2 High level operational concept

空天协同对海观测系统的主要任务是对海上移动目标进行跟踪观测，如图2所示。卫星负责太空观测，将获取到的信息传回给地面控制中心，地面控制中心派遣高空长航时无人机前往相关海域，卫星观测为无人机观测提供目标指示，协同无人机对目标进行跟踪观测。

2.2 系统体系组成

在具体实现时，在UPDM的信息流图OV-2(operational resource flow description)中描述了模型间的关系，通过调取事件函数，将各个模型连接起来,图 5描述了模型间的关系。目标舰船的信息同电子侦察卫星、光学成像卫星以及高空长航时无人机都有信息连接；卫星与无人机等观测设备将所观测到的信息回传给地面控制中心；地面控制中心对无人机进行控制，同时发送目标信息，协同卫星与无人机对目标跟踪观测。

“苏麦188”自2012-2014年连续3年在宜兴市进行了小麦新品种大区示范，产量分别为481.3 kg/亩、446.5 kg/亩、456.7 kg/亩，3年平均产量为461.5 kg/亩（见表1）。经过连续多年的示范种植，“苏麦188”具有较好的产量优势。

  

图3 空天协同对海观测系统组成图Fig. 3 Composition of aerospace cooperative observation system

3 空天协同对海观测系统体系建模

3.1 系统活动图研究

地基高程4.6～6.1m主要为第②层壤土，具中等压缩性，微透水性，稳定性较好。高程4.6m以下为第③层壤土，有机质含量较高，具中等压缩性，微透水性，工程地质相对较差。

根据各片段引物对转化鉴定的重组质粒进行PCR。GGPPS启动子全长、GGPPS1F和GGPPS3F扩增程序为：94℃预变性5 min；94℃变性30 s，57℃退火45 s，72℃延伸45 s，共30个循环；72℃延伸10 min，GGPPS2F扩增程序退火温度为55℃，其余程序相同。用1.0%的琼脂糖凝胶电泳检测结果（图1～3）。

目前某些学校已经与企业联合来完成单片机的实践教学体系，如我们学校就与合肥求精公司联合完成单片机应用项目的开发。从电路板的焊接直到最后完整系统的做出和演示，整个过程都是在指导老师的帮助下由学生完成，哪怕基础最差的学生也不例外。学生对此表现出了极大的学习兴趣，甚至一些平时不爱学习的学生也对此评价颇高。这种教学效果比一般的实验效果要好太多，应该把这种成功的模式应用到PLC的实践教学体系中来。

空天协同对海观测系统的活动图如图 4所示。首先，目标行驶在某片海域，电子侦察卫星每次过顶都会对指定海域进行观测，将观测信息回传给地面控制中心。地面控制中心接收卫星观测信息后，会对当前区域的目标进行分析甄别，判断有无可疑目标闯入某片海域：当目标为可疑目标时，则需要对目标进行进一步详细侦察观测；反之，则不作处理，不采取行动。地面控制中心发现可疑目标后，会制定相应的光学成像卫星目标观测计划以及无人机的观测计划，对目标进行拍照识别。光学成像卫星对按照计划对目标进行拍照，信息回传。无人机接收到地面控制中心的指令后，分析当前情况，确定无人机的飞行计划，派遣无人机前往指定海域对目标进行跟踪观测。对海观测系统观测目标设定为远海目标，因而无人机不能在较短的时间内到达目标区域。在无人机巡航途中，卫星会多次过顶目标区域，地面控制中心接收卫星信息，分析目标的当前位置等有益信息，将信息发送给无人机，无人机进行在线自主规划。当无人机到达目标区域后，展开搜索，当发现目标后，对目标转入跟踪观测，并将观测信息回传给地面控制中心。

  

图4 空天协同对海观测系统活动图Fig. 4 Activity of aerospace cooperative observation system

3.2 系统交互关系图研究

在可执行模型运行过程中，为了保证能反应真实物理世界的运行情况，还必须与仿真模型进行交互，以获取仿真模型运行的相关结果参数(包括航天侦察设备的侦察结果、指挥单元的决策结果等)。

全内脏反位(Situs Inversus Viscerum)又称“镜面人”或“镜像人”，是指人的心脏、 肝脏、脾脏、胆囊、肾脏、胃、肠等器官的解剖位置与正常人完全相反。此种病例极其罕见，最近本院脊柱外科收治1例“镜面人”合并腰椎间盘突出症病例，采用经Quadrant通道系统椎间孔腰椎椎间融合术(Mis-TLIF)治疗，现将诊治过程报道如下。

《桥隧施工及养护》课程是高等职业学校铁道工程技术专业的一门核心专业课，是铁道工程施工和维修养护的施工员、质检员、桥隧工等职业岗位人员必备的专业技能，是铁道工程技术类专业领域的桥隧工程技术人员、桥隧施工及养护人员必备的技能之一。

参考空天协同对海观测系统高级概念图，并与未来空天协同一体化、 扁平化趋势相结合， 空天协同对海观测系统体系结构应该由地面控制中心、高空长航时无人机、光学成像卫星系统、电子侦察卫星系统以及目标舰船等外部环境组成，具体如图 3所示。

3.3 系统内部状态研究

依据空天协同对海观测系统的应用场景的特点，分析目标舰船、光学观测卫星、电子侦察卫星、地面控制中心以及高空长航时无人机等各个实体模型的状态转移。状态转移描述说明系统内部各节点的状态，引起状态改变的事件以及转态之间的关系。

  

图5 空天协同对海观测系统信息交互图Fig. 5 Interaction of aerospace cooperative observation system

地面控制中心是指控单元，担负着决策任务：需要判断光学成像卫星是否需要详查；需要判断无人机何时起飞；需要判断无人机采取何种搜索方式；需要得出指控决策延时等问题。具体设计如图 6所示。

  

图6 地面控制中心状态图Fig. 6 State of control center

3.4 系统时序图研究

作战事件时序主要提供了在特定的环境下，空天协同对海观测系统体系中各相关节点之间或节点内部事件发生和信息交互的时间排序。通过对任务或活动过程的不断细化，可以使得事件的顺序关系、信息交换流程更加清晰、准确。在具体实现时，可根据体系所承担的使命和任务以及体系设计的要求，选用多个不同的场景描述作战事件序列。空天协同对海观测系统事件包括作战命令下达、发现目标、情况上报等。

对于上述流程可以初步分为三个阶段，即预判阶段、搜索阶段、上报阶段,如图 7所示。

  

图7 系统时序图Fig. 7 Sequence of system

在预判阶段，卫星等航天侦察设备按照其运行规则，对某指定区域进行周期性回看。当在指定区域内发现可疑目标后，地面控制中心会让航天侦察设备进行持续观察以及详细观测，并进行决策。地面控制中心综合所获取的其他信息，判断可疑目标的意图，并决定是否派出高空长航时无人机对其进行抵近侦察以及派出几架无人机。

在搜索阶段主要需要完成搜索任务。当无人机到达可疑区域时，根据地面控制中心提供的目标信息，分析目标的潜在区域，对目标进行搜索。无人机编队根据已获得的信息，规划出若干路径对目标进行一次遍历，完成对目标的识别定位。

在上报阶段，无人机对所有目标进行一次搜索后，会对发现的目标整理上报给地面控制中心，并转入对目标的跟踪观测中，持续不断地回传目标的观测信息。

4 结束语

对海上移动目标观测，有利于及时发现可疑目标，维护国家海洋权益。空天协同对海上移动目标跟踪观测系统涉及多个实体，包含电子侦察卫星、光学成像卫星、地面控制中心、目标舰船以及高空长航时无人机等。利用基于UPDM的系统工程方法对系统进行体系结构建模研究，通过分析系统的高级概念图与系统组成，构建系统内部活动图、内部实体交互关系图、各实体状态图以及系统的时序图，可以有效地实现从体系结构模型到仿真应用的综合集成。通过研究武器装备体系统一建模平台(UPDM)的理论，对空天协同对海上移动目标跟踪观测系统进行了建模，验证了系统的内部流程以及UPDM在系统建模与仿真中的有效性与实用性。

参 考 文 献

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