機載相控陣雷達數據管理與性能評估系統

陶曌楊 葉玲平

摘要 機載雷達每一次試飛都需要多種因素配合，并且試飛費用昂貴，試飛數據非常寶貴。隨著相控陣技術的發展以及廣泛應用，雷達數據量越來越大，對數據管理也提出了新的要求。為了實現對海量試飛數據更好的管理與分析，本文介紹了一種基于數據管理平臺的機載相控陣雷達數據管理與性能評估系統，實現數據的集中存儲和快速檢索，并通過性能評估軟件，實現數據的分析和算法的改進。實際應用表明，該系統穩定可靠、方便快捷、功能完善，是海量數據管理和性能評估的一種有效手段。

【關鍵詞】機載雷達 檢索 回放 收發單元

新一代機載雷達采用全數字化的相控陣體制，向多通道和自適應陣列信號處理發展，數據量越來越大。機載雷達的性能調整和提高需進行大量的試飛驗證，會得到海量的數據。隨著數據的增加，數據管理方式也需要得到提升。

數據散落在各個電腦的硬盤里，反復進行查詢、修改、分析等操作，導致工作效率下降。數據之間無法實現共享，浪費存儲空間。使用不同的分析軟件進行分析，數據格式要求各不相同，導致相同的數據建立不同格式的文件，數據嚴重冗余。

數據的安全性也是一個不容忽視的問題，一旦硬盤故障，就造成數據損壞和丟失，帶來不可估量的損失。

為了快速高效地完成機載雷達的聯試與試飛，需要一套統一的雷達性能評估軟件和相應的硬件系統，對海量的多通道試飛數據進行及時的分析、處理，研究算法的優化，改善雷達性能，提高試飛效率。

對于雜波特性、子陣劃分、自適應算法、目標識別、陣列信號處理等一系列關鍵技術的分析和評估，也需要建設雷達性能評估系統。

1 數據管理原理

為了充分有效的發揮數據的作用，對數據管理的關鍵是有效的組織，通過標準化的手段描述數據的內在聯系，以實現數據的加載、更新、復用等，同時保證數據的獨立性與完整性，減少數據冗余，提高數據共享程度和數據管理效率。

通過標準化的手段描述數據屬性信息稱為元數據管理系統，元數據信息包括數據的命名、數據類型、格式等，通過這些信息的變化進行數據跟蹤和管理。當需要變更配置時，進行同步修改以產生新的與實際情況一致的元數據，面向數據應用的數據管理保證了作業的連續性。通過專門的元數據管理系統的抽取功能來實現數據的轉換存儲和導入。元數據管理系統從復雜、大量的數據中抽取出有價值的信息，利用信息作為行動和決策的依據，并科學的保存和管理，方便而充分的利用這些資源。這種數據庫管理系統在國外已經得到了廣泛的應用，并隨著信息化技術的不斷發展而完善。

擴展硬盤存儲存在很大的安全隱患，而且性價比太低。大容量磁盤陣列在安全、速度、擴展能力、價格方面表現出了巨大的優勢，存儲設備不再是某臺主機的附屬物，而是連成一個整體。加上在線冗余技術和光纖技術的發展，磁盤陣列在發達國家已經成為存儲主流，在我國目前還處于發展階段。

2 系統的實現

2.1 數據記錄和存儲的實現

雷達的通道數、帶寬等不同，數據率也各不相同，假設某雷達回波數據位數為16位，信號帶寬為SM，通道數為5個，則數據率為lOOMB/s，試飛一小時產生360G的數據，實際上，通道數遠大于5。

目前記錄設備采用自定義的數據格式使用光纖記錄數據，來自記錄設備的數據經光纖下載轉存到磁盤陣列。

2.2 數據解析的實現

本系統通過入庫完成數據解析功能，即元數據管理系統。入庫時根據幀頭信息，在幀/包級別實現數據解析，不但能對單路數據校驗，并且能對多路數據進行并行排錯和分揀，保證導入正常數據，并提取正常數據的索引。入庫時用戶需為當前數據錄入數據類型、記錄時間、記錄地點、數據長度等相關信息以便檢索。入庫實現了數據的集中存儲和統一管理。

2.3 數據檢索的實現

根據入庫時數據入庫模塊記錄的各項信息進行兩級檢索。第1級檢索定位數據所屬架次號等信息，找到文件后進行第2級檢索，根據文件的幀/包索引信息等進行實現單幀和多幀的提取。檢索功能實現了所有數據快速而精確的定位。

2.4 數據調用的實現

數據調用有兩種方式，下載和回放。數據下載根據用戶的檢索條件，實現用戶要求的單幀或多幀數據下載。數據下載支持多節點多平臺訪問。

數據回放根據用戶的查詢條件，將用戶選取的數據文件從磁盤陣列中讀出，再通過光口、網絡口等發送給回放驗證設備，提供連續幀、逐幀的回放功能，也可以通過指定開始幀和結束幀，實現部分數據的回放。

2.5 數據備份與恢復的實現

數據存儲硬件平臺的容量是有限的，為了保證本系統的可持續應用，需同時建設數據備份系統，按事先商定的備份策略定期備份數據和數據庫系統及相關軟件到磁帶，備份速度為16Mb/s。

磁帶按照產品、時間、地點等信息分類保管，建立磁帶查詢子系統實現對磁帶數據的檢索、查找和定位。需要恢復數據時，定位磁帶，快速導出數據到磁盤陣列，恢復速度為120Mb/S。

2.6 數據分析的實現

雷達性能評估系統提供統一的雷達數據處理軟件用于雷達航跡信息數據和回波數據的分析，該軟件包括數據輸入、數據輸出、數據處理、數據關聯、數據顯示、顯示控制等功能。讀取數據后，通過界面配置相應參數，進行分析處理和各種算法改進，最終將雷達處理結果以圖像的形式進行在界面上顯示，和顯示控制一起給工作人員提供便捷的人機交互功能，實現對雷達性能的評估。

2.7 算法研究的實現

利用已有的數據提取各種參數，可以進行雜波建模、目標特性分析、目標識別數據庫等研究，為后續研制做知識儲備。還可以研究子陣劃分、自適應算法、STAP等新的算法，使雷達性能達到最優。

如圖3所示，根據錄取的收發單元（T/RU）數據和實際的陣面形狀，對雷達回波數據可以進行二次處理，如改變加權系數、改變子陣劃分方式，評估出最優的子陣劃分方式，對試飛數據達到充分利用，節約成本，提高效率。

2.8 系統的安全管理

數據管理和性能評估系統還具有相應的安全管理功能模塊：包括用戶管理、口令管理、角色管理、權限管理等功能。系統設置普通用戶、超級用戶、數據管理員、數據庫管理員四類用戶，分別授予不同的權限。普通用戶只能查詢數據庫以及下載無權限限制的數據;超級用戶除查詢外，可下載有權限限制的特殊數據數據管理員可對數據進行增、刪、改、查等操作;數據庫管理員賦有全權。

本系統同時具有審計功能模塊：對可能危及系統安全的操作（如刪除，修改等）進行跟蹤監控以備責任返查。3硬件支撐

如圖4所示，本系統包含的具體硬件如下.

（1）高性能PC工作站：該工作站實現對磁盤陣列的直接映射，采用Oracle數據庫管理，提供對原始數據的入庫、查詢、下載及回放數據的集中。由于目前在線記錄設備尚不支持SAN光纖存儲網絡，無法直接通過光纖完成數據的上載下傳操作，需要在該高性能工作站安插4Gbps光纖下載卡，接數據記錄卡進行讀寫，同時將結果傳到光存儲網絡上的磁盤陣列中。本設備同時作為光纖回放卡宿主設備，用于數據回放。

（2）下載工作站：用于實現對數據的快速瀏覽、精準檢索，提供按數據幀的檢索查詢。

（3）高性能工作站若干臺，安插4Gbps光纖卡，安裝雷達數據性能分析和評估軟件，用于處理數據、算法改進。

（4） 16端口4Gbps光交換模塊及相應子卡的光纖交換機，連接至高速數據存儲庫、數據下載工作站。

（5）磁盤陣列：實現對數據的大批量存儲和共享。

（6）網絡交換機：網絡共享。

（7）磁帶機：實現對數據的備份，及必要情況下數據的恢復。

4 系統的應用

本系統可在機載相控陣雷達領域應用，用于保證外場的聯試和內場的數據積累。主要由三部分構成：外場雷達數據管理與性能評估系統、便攜式雷達數據管理與性能評估系統、內場數據備份管理系統。各系統的管理及交流見圖5，考慮數據量和場地等因素，在需要的外場建設雷達數據管理與性能評估系統，用于大型試飛現場的數據存貯、管理、調用、分析、算法研究、回放和雷達性能評估。再建設一體化便攜式設計的雷達性能評估系統，具備基本的數據轉存、解析、檢索、回放和分析功能，在各個數據量需求相對小的外場靈活使用。為了加強數據交流，有效利用資源，內場數據備份管理系統備份歷史數據到磁帶，統一保管。

5 結論

本文介紹的數據管理和性能評估系統在機載相控陣雷達相關產品上已經取得了很好的效果，所有數據集中統一管理方便，又實現了數據的快速查找和定位。在海量的數據中若沒有建設數據管理系統，單幀查詢和下載平均需要5分鐘，并且隨著存儲數據的增多耗時越多;通過數據管理系統進行單幀的查詢和下載只需要20秒，并且不受數據量增加影響，大大提高工作效率。回放系統充分地利用了數據，驗證不同算法的檢測效果。性能評估系統提供相關軟件，規范了數據分析的手段，對數據進行及時分析，對故障進行快速定位，改善算法，大大提高試飛效率。

綜上所述，機載相控陣雷達的數據管理和性能評估系統投入成本低，可靠性和穩定性高，具有較高的實用價值。

參考文獻

[1]周江，潘高峰等，基于Web實驗室自動測試系統的設計與實現[J].現代雷達，2012 （07）：74-77.

[2]賁德，韋傳安，林幼權，機載雷達技術[M].北京：電子工業出版社，2006 （12）.

[3]張光義.相控陣雷達原理[M].北京：國防工業出版社，2009 （12）.

[4]羅華飛.MATLAB GUI設計學習手記[M]北京：航空航天大學出版社，2011（02）.