大型雷達數(shù)據(jù)庫設計及應用

摘 要：分析研究現(xiàn)有雷達數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀和發(fā)展，并結合大型雷達存在的問題的和難點，提出大型數(shù)據(jù)庫雷達管理與維護系統(tǒng)。首先提出大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計模型，包括基礎數(shù)據(jù)庫和動態(tài)數(shù)據(jù)庫，同時給出數(shù)據(jù)庫可擴展性設計的方法。接著，針對數(shù)據(jù)庫海量數(shù)據(jù)查詢的問題，提出分區(qū)和建立索引的數(shù)據(jù)庫優(yōu)化方法。最后，在某大型雷達工程項目中應用取得安全、可靠、穩(wěn)定的效果。

關鍵詞：數(shù)據(jù)庫；海量數(shù)據(jù)；分區(qū)；索引

中圖分類號：TN957.2

隨著雷達功能的不斷發(fā)展和完善，其系統(tǒng)結構變得越來越復雜，各個分系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互越來越多。雷達的工作時間越長，采集的數(shù)據(jù)就越多，如何有效地存儲和利用這些雷達數(shù)據(jù)為后續(xù)的處理和分析提供有效的幫助，這將成為目前急需解決的問題。雷達數(shù)據(jù)庫作為雷達系統(tǒng)的基石，支撐雷達各個分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，如何保證雷達數(shù)據(jù)庫的響應和服務質量，保證雷達系統(tǒng)長久高效可靠的運行，對大型雷達的發(fā)展和應用有著極其重要的作用。

基于雷達數(shù)據(jù)庫的研究工作已經(jīng)大量存在，如孟慶鵬[1]等利用SQLServer數(shù)據(jù)庫對雷達及其信號參數(shù)進行設計，并且在特定時間段內對目標點跡進行提取。郭謙斌[2]將數(shù)據(jù)庫應用在雷達組網(wǎng)系統(tǒng)中，并對數(shù)據(jù)庫的高可用性展開研究。董凱[3]等提出基于HLA的雷達仿真系統(tǒng)總體架構及其數(shù)據(jù)庫設計。練學輝[4]等提出基于SQLServer數(shù)據(jù)庫的大量雷達目標信息的存儲和查詢分析技術，對海量雷達目標查詢具有一定的借鑒意義。楊沛[5]等針對雷達系統(tǒng)的RCS數(shù)據(jù)量過大的問題對其建模設計，給出標校球RCS數(shù)據(jù)庫設計方法。杜鵬[6]等將機載雷達雜波和GIS結合，提出基于三維GIS雜波特性應用數(shù)據(jù)庫。上述研究主要針對不同雷達的特定應用，對整個雷達系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建模設計的研究還比較少，因此本文主要針對整個問題展開研究。

常用的數(shù)據(jù)庫包括SQLServer、Oracle、嵌入式數(shù)據(jù)庫等。大型雷達的特點是數(shù)據(jù)流量大（系統(tǒng)工作參數(shù)、點跡數(shù)據(jù)、航跡數(shù)據(jù)、BIT數(shù)據(jù)等），系統(tǒng)要求安全可靠。而Oracle數(shù)據(jù)庫是一個功能強大的大型分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有邏輯整體性強、支持分布式計算、透明訪問、網(wǎng)絡負載均衡和可靠性高等特性，提供了一套有效的數(shù)據(jù)一致性、完整性和安全性的保證機制。因此，本文采用Oracle數(shù)據(jù)庫作為平臺對大型雷達的整機系統(tǒng)進行建模和設計，同時提出高效的數(shù)據(jù)檢索算法查詢雷達目標信息，最后在某大型雷達系統(tǒng)中取得較優(yōu)的應用效果。

1 雷達數(shù)據(jù)庫設計及優(yōu)化

雷達數(shù)據(jù)庫作為雷達系統(tǒng)的支撐層，與雷達多個分系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和目標分類識別等。雷達數(shù)據(jù)庫包括雷達基礎數(shù)據(jù)庫和動態(tài)數(shù)據(jù)庫，其中雷達基礎數(shù)據(jù)庫包括工作參數(shù)數(shù)據(jù)庫、地理信息數(shù)據(jù)庫、信號處理參數(shù)數(shù)據(jù)庫等；雷達動態(tài)數(shù)據(jù)庫包括點跡數(shù)據(jù)庫、航跡數(shù)據(jù)庫、BIT數(shù)據(jù)庫等。

1.1 數(shù)據(jù)庫設計

需求設計不僅需要滿足當前用戶的需求，還要充分考慮以后可能的擴充字段，因此，可擴展性是需求設計的基本原則。另外，對于雷達數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來說，我們還需要兼顧以下原則：

（1）從軟件模塊化的角度出發(fā)，每個數(shù)據(jù)表應具有可擴展性，根據(jù)不同類型雷達（地面、反導、球載等）的需求，抽象出多個擴展字段，以適應多種類型雷達的應用需求；（2）對于每個數(shù)據(jù)表，用戶可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)表的查詢、插入、修改、刪除等基本操作；（3）對于海量數(shù)據(jù)查詢（如目標點跡），需要針對性地設計，按月存儲分區(qū)表且每個分區(qū)表建立不同的索引以便查詢。

由于雷達系統(tǒng)包括較多的數(shù)據(jù)表，限于篇幅，論文針對典型的點跡數(shù)據(jù)表展開設計。傳統(tǒng)的點跡數(shù)據(jù)一般包括距離、方位、高度、仰角、時間等，為了適應多種雷達需求，我們增加多個擴展字段如中心方位、側角方位、方位寬度、距離寬度，多普勒值等。

1.2 數(shù)據(jù)庫優(yōu)化

一般情況下，雷達的一個天線掃描周期內雷達探測到的雷達目標數(shù)遠小于該周期時間內能存入數(shù)據(jù)庫的雷達目標信息總量。若大型雷達每天的點跡數(shù)據(jù)量為100萬條，則一個月的點跡數(shù)據(jù)為3000萬條記錄。大型雷達存儲超過1年時間的雷達數(shù)據(jù)，因此雷達點跡數(shù)據(jù)查詢屬于海量數(shù)據(jù)查詢，為了提高點跡數(shù)據(jù)入庫和查詢的銷率，需要對雷達點跡數(shù)據(jù)進行分區(qū)。

針對海量數(shù)據(jù)查詢的問題，論文采用高效合理的處理方法，首先建立點跡數(shù)據(jù)的月存儲表，每個表的容量最多為3000萬行記錄；接著，針對經(jīng)常使用的字段（如時間、距離、方位、仰角等）建立數(shù)據(jù)字段索引，加速查詢。這種設計方法針對海量數(shù)據(jù)查詢，具有較好的實用性。

為了進一步測試其有效性，表1給出查詢某個時間段內的點跡數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表規(guī)模為1000萬行記錄。在兩個相同的數(shù)據(jù)表上查詢，一個建立時間查詢索引，另外一個沒有建立索引。建立時間查詢索引的查詢性能較優(yōu)，滿足雷達性能實時性的要求。原因是執(zhí)行查詢索引策略的性能遠優(yōu)于全盤掃描。

雷達數(shù)據(jù)庫涉及海量數(shù)據(jù)查詢的還包括航跡數(shù)據(jù)，同樣采用分區(qū)建表和建立索引的方式，其他數(shù)據(jù)表不做具體要求。

2 雷達數(shù)據(jù)庫應用

雷達數(shù)據(jù)庫應用程序采用QT 4.8.0編程工具，Oracle數(shù)據(jù)庫的版本為11g，可運行于windows和linux等操作系統(tǒng)。為了保證雷達數(shù)據(jù)庫應用程序的穩(wěn)定性和效率，應用程序設計采用多線程，包括網(wǎng)絡線程，數(shù)據(jù)庫線程，數(shù)據(jù)查詢線程等。系統(tǒng)軟件如圖1所示。

雷達數(shù)據(jù)庫應用程序包括數(shù)據(jù)庫管理、基礎數(shù)據(jù)庫、動態(tài)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫維護等模塊。對于每個數(shù)據(jù)表，應用程序提供插入，刪除，修改和查詢等功能，如上圖所示。

3 結束語

論文提出一種基于大型雷達的數(shù)據(jù)庫管理及維護系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫模型的建立，數(shù)據(jù)庫設計方法和數(shù)據(jù)庫優(yōu)化方法。經(jīng)實驗驗證，該數(shù)據(jù)庫管理與維護系統(tǒng)具有較強的穩(wěn)定性、可靠性和實用性，為我國大型雷達研究提供關鍵技術支撐。隨著雷達研究的不斷發(fā)展，系統(tǒng)功能越來越強大，數(shù)據(jù)庫優(yōu)化成為下一步的研究方向。

參考文獻：

[1]孟慶鵬，章碧，駱彬.雷達及其信號信息數(shù)據(jù)庫的設計[J].雷達與對抗，2010，30（2）：60-63.

[2]郭謙斌.數(shù)據(jù)庫高可用性在雷達組網(wǎng)系統(tǒng)中的應用[J].信息化研究，2010，36（7）：60-64.

[3]董凱，徐吉輝，方偉，陳忠海.雷達對抗仿真系統(tǒng)中雷達數(shù)據(jù)庫設計與實現(xiàn)[J].海軍航空工程學院學報，2010，25（1）：19-23.

[4]練學輝.基于SQLServer數(shù)據(jù)庫的大量雷達目標信息的存儲和查詢分析技術[J].雷達與對抗，2012，32（1）：65-68.

[5]楊沛，梅永華，康鵬，胡寶潔.某雷達系統(tǒng)標校球RCS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計[J].電子科技，2009，22（12）：60-62.

[6]杜鵬，尹志盈，張浙東，康士峰，張玉石.基于三維GIS的機載雷達雜波數(shù)據(jù)庫[J].現(xiàn)代雷達，2006，28（4）：4-7.

作者簡介：汪中（1984-），男，安徽樅陽人，博士，工程師，研究方向：雷達數(shù)據(jù)庫設計、智能交通研究。

作者單位：中國電子科技集團公司第三十八研究所，合肥 230088