雷達對抗仿真系統(tǒng)中雷達數(shù)據(jù)庫設(shè)計與實現(xiàn)

董 凱，徐吉輝，方 偉，陳忠海

（海軍航空工程學(xué)院 a.研究生管理大隊；b.科研部；c.電子信息工程系，山東 煙臺 264001）

0 引言

隨著武器裝備的快速發(fā)展，雷達等電子設(shè)備所面臨的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，為了研究復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達對抗裝備的效能，目前國內(nèi)外普遍采用計算機仿真的方法，開發(fā)各種雷達對抗仿真系統(tǒng)，對復(fù)雜電磁環(huán)境下的各種電子對抗措施的效能進行預(yù)測、分析和評估，進而為大型的電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)提供支撐，還可以為部隊電子戰(zhàn)裝備的培訓(xùn)降低成本，提升效果。

大型仿真系統(tǒng)的有效運行通常是建立在大量仿真數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的，因此常常采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來有效管理這些數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)對資源的訪問、檢索、統(tǒng)計和共享?？梢哉f，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計直接影響到整個仿真系統(tǒng)的設(shè)計，特別對系統(tǒng)的可擴展性至關(guān)重要。美國國防部的建模與仿真倡議中就將數(shù)據(jù)庫技術(shù)列為國防建模與仿真的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。

雷達數(shù)據(jù)庫是雷達對抗仿真數(shù)據(jù)庫的重要組成部分。從數(shù)據(jù)庫設(shè)計上，將仿真系統(tǒng)中仿真數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)進行有效地分離，著力提高用戶對整個仿真系統(tǒng)的操作性，使用戶便于理解、修改和擴展仿真系統(tǒng)中的各種模型。

1 雷達對抗仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

雷達對抗仿真系統(tǒng)采用基于HLA的分布式交互仿真結(jié)構(gòu)，仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 雷達對抗仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

各分系統(tǒng)功能描述如下：

1）仿真系統(tǒng)控制臺。各分系統(tǒng)進程啟動和結(jié)束；仿真科目設(shè)置和發(fā)送；分系統(tǒng)參數(shù)初始化；仿真系統(tǒng)運行控制，包括運行、暫停和停止；切換雷達顯示控制系統(tǒng)所顯示的雷達等。

2）二維態(tài)勢顯示系統(tǒng)。根據(jù)仿真系統(tǒng)控制臺的科目設(shè)置完成基于二維電子地圖的仿真兵力生成、參數(shù)初始化、態(tài)勢顯示、兵力實體監(jiān)視等。

3）三維視景仿真系統(tǒng)。根據(jù)仿真系統(tǒng)控制臺的科目和二維態(tài)勢顯示系統(tǒng)的兵力設(shè)置完成基于三維數(shù)字地形的視景顯示，包括壓制區(qū)域顯示、雷達波束顯示、視點選取及切換、兵力選擇和觀測操作。

4）效能評估系統(tǒng)。根據(jù)仿真系統(tǒng)控制臺選擇的雷達，顯示該雷達的暴露區(qū)、干擾效率、預(yù)警時間、壓制系數(shù)、跟蹤誤差、雷達探測方位—距離曲線、檢測概率—距離曲線等重要參數(shù)，并根據(jù)相應(yīng)評估模型給出評判結(jié)果。

5）雷達顯示控制系統(tǒng)。根據(jù)仿真系統(tǒng)控制臺發(fā)出的雷達顯示畫面指令，顯示雷達對抗過程中的畫面。仿真中包含眾多的雷達，當(dāng)控制臺進行切換選擇時，雷達顯示控制系統(tǒng)顯示所選雷達顯示界面。其中還包含基本的雷達人機輸入界面。

6）RTI 服務(wù)器。運行支撐環(huán)境RTI是整個仿真系統(tǒng)信息交互的核心，提供聯(lián)邦管理、聲明管理、對象管理、所有權(quán)管理、時間管理和數(shù)據(jù)分發(fā)管理這六個方面的服務(wù)。

7）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。仿真系統(tǒng)的運行存在大量數(shù)據(jù)信息的交互、讀取和存儲，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為各個臺位提供初始化所需信息和保存仿真過程以及結(jié)果中的重要信息。

2 雷達對抗仿真系統(tǒng)應(yīng)用流程

雷達對抗仿真系統(tǒng)的應(yīng)用流程如圖2所示[2]。對抗過程的二維態(tài)勢顯示和效能評估是雷達對抗仿真系統(tǒng)的主要內(nèi)容。二維態(tài)勢顯示系統(tǒng)由設(shè)計人員在電子地圖上布置對抗兵力，設(shè)置兵力平臺上的對抗設(shè)備參數(shù)，雷達顯控系統(tǒng)顯示控制臺所選擇雷達的顯示界面，三維視景仿真系統(tǒng)中生成相應(yīng)三維視景。仿真開始后，進行對抗實時解算，分別顯示二維態(tài)勢和三維視景推演過程，控制臺選擇雷達顯示控制系統(tǒng)的雷達顯示界面，效能評估系統(tǒng)對雷達的效能進行評估。一次仿真結(jié)束后，對各系統(tǒng)的對抗數(shù)據(jù)和評估結(jié)果進行綜合評判。

圖2 仿真系統(tǒng)應(yīng)用流程

3 雷達對抗仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

雷達對抗仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要任務(wù)是存儲和管理雷達對抗仿真系統(tǒng)中有關(guān)數(shù)據(jù)、文件和算法動態(tài)鏈接庫等，為全系統(tǒng)提供一個方便有效的存取數(shù)據(jù)信息的環(huán)境，并完成對各種數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的錄入、修改、查詢、刪除、備份與恢復(fù)等工作。[3]雷達對抗仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成見圖3。

圖3 雷達對抗仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

仿真數(shù)據(jù)庫是仿真系統(tǒng)框架的數(shù)據(jù)支撐，存儲的數(shù)據(jù)貫穿于仿真的全過程，并對平臺數(shù)據(jù)庫、裝備數(shù)據(jù)庫、環(huán)境數(shù)據(jù)庫、模型庫和算法庫進行調(diào)度，主要包括作戰(zhàn)想定數(shù)據(jù)庫、仿真運行數(shù)據(jù)庫和仿真結(jié)果數(shù)據(jù)庫。

仿真過程與數(shù)據(jù)庫調(diào)度關(guān)系如圖4所示。

圖4 仿真過程與數(shù)據(jù)庫調(diào)度關(guān)系

作戰(zhàn)想定數(shù)據(jù)庫讀取的作戰(zhàn)想定文件包含仿真系統(tǒng)初始化所需的數(shù)據(jù)信息索引，仿真開始后，根據(jù)索引對平臺數(shù)據(jù)庫、裝備數(shù)據(jù)庫和環(huán)境數(shù)據(jù)庫進行逐層檢索，解析所需數(shù)據(jù)，最終完成分系統(tǒng)的初始化；仿真系統(tǒng)運行至結(jié)束的過程中，調(diào)用模型庫和算法庫中的仿真模型、仿真算法以及評估模型；仿真運行過程中重要的數(shù)據(jù)被記錄并保存至仿真運行數(shù)據(jù)庫，仿真結(jié)束后的分析評估結(jié)果被保存到仿真結(jié)果數(shù)據(jù)庫。

4 雷達數(shù)據(jù)庫設(shè)計

雷達數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計與雷達的分類方式密切相關(guān)。現(xiàn)代雷達的分類方法多種多樣，按采用的體制和技術(shù)來分，可分為脈沖雷達、連續(xù)波雷達、脈沖壓縮雷達等；按戰(zhàn)術(shù)用途來分類可分為戰(zhàn)略預(yù)警雷達、警戒引導(dǎo)雷達、炮瞄雷達等；還有根據(jù)天線類型、掃描類型分類的方法。另外還要考慮到每一具體型號的雷達常常具有多種抗干擾的工作模式。如何對不同工作體制、不同功能、具有多種工作模式的雷達建立數(shù)據(jù)庫，并且能夠適應(yīng)實際中雷達種類的變化適時更新，這是要解決的主要問題。

4.1 面向?qū)ο蟮睦走_數(shù)據(jù)庫設(shè)計

雷達系統(tǒng)的基本組成包括天線分系統(tǒng)、發(fā)射機分系統(tǒng)、接收機分系統(tǒng)、信號處理分系統(tǒng)和終端分系統(tǒng)等基本組成部分（除少數(shù)雷達如無源雷達等）。各分系統(tǒng)參數(shù)和性能的不同導(dǎo)致雷達技術(shù)體制或功能的不同，從而采用不同名稱。因此，應(yīng)用面向?qū)ο蟮乃枷隱4]，可以將雷達系統(tǒng)的各分系統(tǒng)視為相對獨立的對象，分別建立數(shù)據(jù)表進行數(shù)據(jù)描述。如果分系統(tǒng)的某些參數(shù)描述復(fù)雜且獨立性較強，可以同樣視為獨立對象，建立下一級數(shù)據(jù)表并與該分系統(tǒng)數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)。這樣，對象的重復(fù)使用，簡化了數(shù)據(jù)描述，實現(xiàn)了屬性結(jié)構(gòu)的標準化定義，符合人們的思維習(xí)慣，便于系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，提高了系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。雷達數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表關(guān)系圖如圖5所示。[5-6]

圖5 雷達數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表關(guān)系圖

以雷達信息表為例，向下關(guān)聯(lián)連續(xù)波體制表和脈沖體制表等，脈沖體制表又向下關(guān)聯(lián)PRI 正弦調(diào)制表等。圖6表示了查詢PRI 調(diào)制頻率值的流程。

圖6 PRI 調(diào)制頻率值檢索流程

根據(jù)雷達信息表的“信號體制”字段內(nèi)容“脈沖體制”定位下一級脈沖體制數(shù)據(jù)表；根據(jù)“信號體制編號”字段內(nèi)容定位脈沖體制數(shù)據(jù)表中的條目；根據(jù)“PRI類型”字段內(nèi)容定位下一級PRI 正弦調(diào)制數(shù)據(jù)表；根據(jù)“PRI 編號”字段內(nèi)容定位PRI 正弦調(diào)制數(shù)據(jù)表中條目，最終得到表中PRI的正弦調(diào)制的頻率值。

從圖5中可以看出，以雷達的編號為索引，通過載體平臺、信號體制、發(fā)射機、天線、接收機和信號處理機這一級數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)完成了雷達對抗仿真實體的初步描述，進一步的數(shù)據(jù)信息通過字段中的數(shù)據(jù)完成對下一級數(shù)據(jù)表的索引和條目定位。這種數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法最主要的優(yōu)點就是擴展性好。雷達對抗仿真系統(tǒng)的程序開發(fā)過程中或后期使用中常常需要增加新的雷達參數(shù)，這些參數(shù)一定可以歸屬于雷達的各個分系統(tǒng)中。歸屬方式有兩種情況，第一種情況：新增參數(shù)可以直接歸屬于現(xiàn)有某數(shù)據(jù)表中，則增加該表的字段進行描述，系統(tǒng)設(shè)計上只需要維護該表的數(shù)據(jù)庫訪問方法；第二種情況：新增參數(shù)包含多種類型，每種類型需要不同的參數(shù)描述，則不可以直接歸屬于現(xiàn)有數(shù)據(jù)表中，通過在相關(guān)數(shù)據(jù)表中增加類型索引字段，并增加新數(shù)據(jù)表存放各類型的參數(shù)，軟件設(shè)計上增加一段獨立性和封裝性較強的代碼訪問新數(shù)據(jù)表，維護新增字段表的代碼。這樣就很大程度上減小了新增雷達模型或參數(shù)對仿真系統(tǒng)框架的影響，提高了系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的效率。

4.2 ADO技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫

設(shè)計的雷達對抗仿真系統(tǒng)是在Visual C++6.0開發(fā)平臺上開發(fā)的，VC++中提供了多種訪問數(shù)據(jù)庫的技術(shù)，包括ODBC、MFC ODBC、DAO、RDO、OLE DB、ADO，[7]其中ADO技術(shù)是一種訪問數(shù)據(jù)庫的高層接口，它基于OLE DB，并對OLE DB的接口進行了封裝，定義了ADO 對象，使程序的開發(fā)得到了大大的簡化。考慮到ADO技術(shù)調(diào)度速度快、平臺移植性好等優(yōu)點，系統(tǒng)設(shè)計中采用ADO技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問。Connection、Command、Recordset 對象是ADO 對象中最常用的對象：

Connection 對象：用來建立客戶機與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接以及處理一些命令和事務(wù)；

Command 對象：用于處理傳遞給數(shù)據(jù)源的命令；

Recordset 對象：用于處理數(shù)據(jù)的表格集，如獲取修改數(shù)據(jù)。

為了方便數(shù)據(jù)庫操作，將上述三個對象封裝進了兩個類CADODatabase 和CADORecordset 中。CADODatabase類包含 Connection 對象指針，CADORecordset 包含 Command 對象指針和Recordset 對象指針。調(diào)用這兩個類時，聲明兩個對象指針m_pDatabase 和m_pRecordset，即可對數(shù)據(jù)庫進行增、刪、改、查操作。

5 雷達對抗仿真實例分析

基于上述數(shù)據(jù)庫設(shè)計開發(fā)的雷達對抗仿真系統(tǒng)二維態(tài)勢顯示系統(tǒng)的運行界面如圖7所示。[8]

該實例中的對抗兵力模型包括干擾機1、干擾機2、艦艇1 和艦艇2，兩艦艇上各設(shè)置一部搜索雷達。仿真中假設(shè)干擾機的頻率范圍已覆蓋艦載雷達的頻率，并且干擾方向為全向360°，因此干擾機功率參數(shù)和增益參數(shù)在對抗算法解算中取二者的乘積值，即全向等效輻射功率。對抗兵力模型參數(shù)如表1、表2所示。

圖7 雷達對抗仿真二維態(tài)勢顯示

表1 干擾機模型參數(shù)表

表2 艦艇及其雷達模型參數(shù)表

圖7中兩條閉合白色虛線分別表示艦載雷達的探測區(qū)域邊界，當(dāng)雷達目標處于該邊界范圍之內(nèi)時，雷達發(fā)現(xiàn)目標；當(dāng)雷達目標處于該邊界范圍之外時，雷達不能發(fā)現(xiàn)目標。仿真開始后，各仿真兵力按照各自預(yù)設(shè)路徑軌跡運動，雷達發(fā)射波束的天線方向圖分別以天線轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，方向圖主瓣的頂點落在雷達探測區(qū)域邊界上；兩架干擾機同時對兩艘艦艇上的雷達進行噪聲壓制干擾，雷達的探測區(qū)域出現(xiàn)不同程度的縮小，特別在兩架干擾機方向上，艦艇1和艦艇2 平臺上的雷達探測距離大幅減小。這樣干擾機就能夠為干擾方提供一定的支援干擾，掩護其他作戰(zhàn)兵力接近敵方艦船，遂行作戰(zhàn)任務(wù)。

6 結(jié)束語

雷達對抗仿真系統(tǒng)的設(shè)計是一個非常復(fù)雜的過程，數(shù)據(jù)庫是仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其設(shè)計結(jié)構(gòu)影響系統(tǒng)的總體性能和可擴展性。針對這一問題應(yīng)用面向?qū)ο蟮乃枷脒M行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，并以雷達數(shù)據(jù)庫的設(shè)計為例進行詳細闡述。最后給出了一個在此基礎(chǔ)上建立的雷達對抗仿真系統(tǒng)的仿真實例。由于目前雷達對抗仿真系統(tǒng)設(shè)計中的主要工作是構(gòu)建具備一定通用性的系統(tǒng)框架，采用的算法比較簡單，還有很多研究工作需要進一步深入。但從工程應(yīng)用的角度看，將現(xiàn)有理論算法轉(zhuǎn)化為直觀的戰(zhàn)場推演仿真過程有助于現(xiàn)代電子戰(zhàn)環(huán)境下指揮員對戰(zhàn)場態(tài)勢的準確判斷、科學(xué)決策、電子戰(zhàn)力量的合理部署和調(diào)配，具有很好的實踐意義。進一步的工作主要包括：豐富仿真雷達類型、干擾樣式，研究多干擾樣式、雷達組網(wǎng)抗干擾等復(fù)雜電磁環(huán)境中的情形。

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