陶曌楊 葉玲平

摘要 機(jī)載雷達(dá)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(shù)據(jù)非常寶貴。隨著相控陣技術(shù)的發(fā)展以及廣泛應(yīng)用，雷達(dá)數(shù)據(jù)量越來越大，對數(shù)據(jù)管理也提出了新的要求。為了實現(xiàn)對海量試飛數(shù)據(jù)更好的管理與分析，本文介紹了一種基于數(shù)據(jù)管理平臺的機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)管理與性能評估系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲和快速檢索，并通過性能評估軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和算法的改進(jìn)。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、方便快捷、功能完善，是海量數(shù)據(jù)管理和性能評估的一種有效手段。

【關(guān)鍵詞】機(jī)載雷達(dá) 檢索 回放 收發(fā)單元

新一代機(jī)載雷達(dá)采用全數(shù)字化的相控陣體制，向多通道和自適應(yīng)陣列信號處理發(fā)展，數(shù)據(jù)量越來越大。機(jī)載雷達(dá)的性能調(diào)整和提高需進(jìn)行大量的試飛驗證，會得到海量的數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)的增加，數(shù)據(jù)管理方式也需要得到提升。

數(shù)據(jù)散落在各個電腦的硬盤里，反復(fù)進(jìn)行查詢、修改、分析等操作，導(dǎo)致工作效率下降。數(shù)據(jù)之間無法實現(xiàn)共享，浪費存儲空間。使用不同的分析軟件進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)格式要求各不相同，導(dǎo)致相同的數(shù)據(jù)建立不同格式的文件，數(shù)據(jù)嚴(yán)重冗余。

數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)損壞和丟失，帶來不可估量的損失。

為了快速高效地完成機(jī)載雷達(dá)的聯(lián)試與試飛，需要一套統(tǒng)一的雷達(dá)性能評估軟件和相應(yīng)的硬件系統(tǒng)，對海量的多通道試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的分析、處理，研究算法的優(yōu)化，改善雷達(dá)性能，提高試飛效率。

對于雜波特性、子陣劃分、自適應(yīng)算法、目標(biāo)識別、陣列信號處理等一系列關(guān)鍵技術(shù)的分析和評估，也需要建設(shè)雷達(dá)性能評估系統(tǒng)。

1 數(shù)據(jù)管理原理

為了充分有效的發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用，對數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵是有效的組織，通過標(biāo)準(zhǔn)化的手段描述數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的加載、更新、復(fù)用等，同時保證數(shù)據(jù)的獨立性與完整性，減少數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)共享程度和數(shù)據(jù)管理效率。

通過標(biāo)準(zhǔn)化的手段描述數(shù)據(jù)屬性信息稱為元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，元數(shù)據(jù)信息包括數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)類型、格式等，通過這些信息的變化進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤和管理。當(dāng)需要變更配置時，進(jìn)行同步修改以產(chǎn)生新的與實際情況一致的元數(shù)據(jù)，面向數(shù)據(jù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)管理保證了作業(yè)的連續(xù)性。通過專門的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的抽取功能來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換存儲和導(dǎo)入。元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)從復(fù)雜、大量的數(shù)據(jù)中抽取出有價值的信息，利用信息作為行動和決策的依據(jù)，并科學(xué)的保存和管理，方便而充分的利用這些資源。這種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在國外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展而完善。

擴(kuò)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(kuò)展能力、價格方面表現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢，存儲設(shè)備不再是某臺主機(jī)的附屬物，而是連成一個整體。加上在線冗余技術(shù)和光纖技術(shù)的發(fā)展，磁盤陣列在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)成為存儲主流，在我國目前還處于發(fā)展階段。

2 系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)記錄和存儲的實現(xiàn)

雷達(dá)的通道數(shù)、帶寬等不同，數(shù)據(jù)率也各不相同，假設(shè)某雷達(dá)回波數(shù)據(jù)位數(shù)為16位，信號帶寬為SM，通道數(shù)為5個，則數(shù)據(jù)率為lOOMB/s，試飛一小時產(chǎn)生360G的數(shù)據(jù)，實際上，通道數(shù)遠(yuǎn)大于5。

目前記錄設(shè)備采用自定義的數(shù)據(jù)格式使用光纖記錄數(shù)據(jù)，來自記錄設(shè)備的數(shù)據(jù)經(jīng)光纖下載轉(zhuǎn)存到磁盤陣列。

2.2 數(shù)據(jù)解析的實現(xiàn)

本系統(tǒng)通過入庫完成數(shù)據(jù)解析功能，即元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。入庫時根據(jù)幀頭信息，在幀/包級別實現(xiàn)數(shù)據(jù)解析，不但能對單路數(shù)據(jù)校驗，并且能對多路數(shù)據(jù)進(jìn)行并行排錯和分揀，保證導(dǎo)入正常數(shù)據(jù)，并提取正常數(shù)據(jù)的索引。入庫時用戶需為當(dāng)前數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)類型、記錄時間、記錄地點、數(shù)據(jù)長度等相關(guān)信息以便檢索。入庫實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中存儲和統(tǒng)一管理。

2.3 數(shù)據(jù)檢索的實現(xiàn)

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

2.4 數(shù)據(jù)調(diào)用的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)調(diào)用有兩種方式，下載和回放。數(shù)據(jù)下載根據(jù)用戶的檢索條件，實現(xiàn)用戶要求的單幀或多幀數(shù)據(jù)下載。數(shù)據(jù)下載支持多節(jié)點多平臺訪問。

數(shù)據(jù)回放根據(jù)用戶的查詢條件，將用戶選取的數(shù)據(jù)文件從磁盤陣列中讀出，再通過光口、網(wǎng)絡(luò)口等發(fā)送給回放驗證設(shè)備，提供連續(xù)幀、逐幀的回放功能，也可以通過指定開始幀和結(jié)束幀，實現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)的回放。

2.5 數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)存儲硬件平臺的容量是有限的，為了保證本系統(tǒng)的可持續(xù)應(yīng)用，需同時建設(shè)數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)，按事先商定的備份策略定期備份數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及相關(guān)軟件到磁帶，備份速度為16Mb/s。

磁帶按照產(chǎn)品、時間、地點等信息分類保管，建立磁帶查詢子系統(tǒng)實現(xiàn)對磁帶數(shù)據(jù)的檢索、查找和定位。需要恢復(fù)數(shù)據(jù)時，定位磁帶，快速導(dǎo)出數(shù)據(jù)到磁盤陣列，恢復(fù)速度為120Mb/S。

2.6 數(shù)據(jù)分析的實現(xiàn)

雷達(dá)性能評估系統(tǒng)提供統(tǒng)一的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件用于雷達(dá)航跡信息數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)的分析，該軟件包括數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)顯示、顯示控制等功能。讀取數(shù)據(jù)后，通過界面配置相應(yīng)參數(shù)，進(jìn)行分析處理和各種算法改進(jìn)，最終將雷達(dá)處理結(jié)果以圖像的形式進(jìn)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(jī)交互功能，實現(xiàn)對雷達(dá)性能的評估。

2.7 算法研究的實現(xiàn)

利用已有的數(shù)據(jù)提取各種參數(shù)，可以進(jìn)行雜波建模、目標(biāo)特性分析、目標(biāo)識別數(shù)據(jù)庫等研究，為后續(xù)研制做知識儲備。還可以研究子陣劃分、自適應(yīng)算法、STAP等新的算法，使雷達(dá)性能達(dá)到最優(yōu)。

如圖3所示，根據(jù)錄取的收發(fā)單元（T/RU）數(shù)據(jù)和實際的陣面形狀，對雷達(dá)回波數(shù)據(jù)可以進(jìn)行二次處理，如改變加權(quán)系數(shù)、改變子陣劃分方式，評估出最優(yōu)的子陣劃分方式，對試飛數(shù)據(jù)達(dá)到充分利用，節(jié)約成本，提高效率。

2.8 系統(tǒng)的安全管理

數(shù)據(jù)管理和性能評估系統(tǒng)還具有相應(yīng)的安全管理功能模塊：包括用戶管理、口令管理、角色管理、權(quán)限管理等功能。系統(tǒng)設(shè)置普通用戶、超級用戶、數(shù)據(jù)管理員、數(shù)據(jù)庫管理員四類用戶，分別授予不同的權(quán)限。普通用戶只能查詢數(shù)據(jù)庫以及下載無權(quán)限限制的數(shù)據(jù);超級用戶除查詢外，可下載有權(quán)限限制的特殊數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理員可對數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、改、查等操作;數(shù)據(jù)庫管理員賦有全權(quán)。

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

如圖4所示，本系統(tǒng)包含的具體硬件如下.

（1）高性能PC工作站：該工作站實現(xiàn)對磁盤陣列的直接映射，采用Oracle數(shù)據(jù)庫管理，提供對原始數(shù)據(jù)的入庫、查詢、下載及回放數(shù)據(jù)的集中。由于目前在線記錄設(shè)備尚不支持SAN光纖存儲網(wǎng)絡(luò)，無法直接通過光纖完成數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)記錄卡進(jìn)行讀寫，同時將結(jié)果傳到光存儲網(wǎng)絡(luò)上的磁盤陣列中。本設(shè)備同時作為光纖回放卡宿主設(shè)備，用于數(shù)據(jù)回放。

（2）下載工作站：用于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速瀏覽、精準(zhǔn)檢索，提供按數(shù)據(jù)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(dá)數(shù)據(jù)性能分析和評估軟件，用于處理數(shù)據(jù)、算法改進(jìn)。

（4） 16端口4Gbps光交換模塊及相應(yīng)子卡的光纖交換機(jī)，連接至高速數(shù)據(jù)存儲庫、數(shù)據(jù)下載工作站。

（5）磁盤陣列：實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的大批量存儲和共享。

（6）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：網(wǎng)絡(luò)共享。

（7）磁帶機(jī)：實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的備份，及必要情況下數(shù)據(jù)的恢復(fù)。

4 系統(tǒng)的應(yīng)用

本系統(tǒng)可在機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)領(lǐng)域應(yīng)用，用于保證外場的聯(lián)試和內(nèi)場的數(shù)據(jù)積累。主要由三部分構(gòu)成：外場雷達(dá)數(shù)據(jù)管理與性能評估系統(tǒng)、便攜式雷達(dá)數(shù)據(jù)管理與性能評估系統(tǒng)、內(nèi)場數(shù)據(jù)備份管理系統(tǒng)。各系統(tǒng)的管理及交流見圖5，考慮數(shù)據(jù)量和場地等因素，在需要的外場建設(shè)雷達(dá)數(shù)據(jù)管理與性能評估系統(tǒng)，用于大型試飛現(xiàn)場的數(shù)據(jù)存貯、管理、調(diào)用、分析、算法研究、回放和雷達(dá)性能評估。再建設(shè)一體化便攜式設(shè)計的雷達(dá)性能評估系統(tǒng)，具備基本的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存、解析、檢索、回放和分析功能，在各個數(shù)據(jù)量需求相對小的外場靈活使用。為了加強(qiáng)數(shù)據(jù)交流，有效利用資源，內(nèi)場數(shù)據(jù)備份管理系統(tǒng)備份歷史數(shù)據(jù)到磁帶，統(tǒng)一保管。

5 結(jié)論

本文介紹的數(shù)據(jù)管理和性能評估系統(tǒng)在機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)相關(guān)產(chǎn)品上已經(jīng)取得了很好的效果，所有數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一管理方便，又實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速查找和定位。在海量的數(shù)據(jù)中若沒有建設(shè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，單幀查詢和下載平均需要5分鐘，并且隨著存儲數(shù)據(jù)的增多耗時越多;通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行單幀的查詢和下載只需要20秒，并且不受數(shù)據(jù)量增加影響，大大提高工作效率?；胤畔到y(tǒng)充分地利用了數(shù)據(jù)，驗證不同算法的檢測效果。性能評估系統(tǒng)提供相關(guān)軟件，規(guī)范了數(shù)據(jù)分析的手段，對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時分析，對故障進(jìn)行快速定位，改善算法，大大提高試飛效率。

綜上所述，機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)的數(shù)據(jù)管理和性能評估系統(tǒng)投入成本低，可靠性和穩(wěn)定性高，具有較高的實用價值。

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