機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)管理與性能評(píng)估系統(tǒng)

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(fèi)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(lái)越大，對(duì)數(shù)據(jù)管理也提出了新的要求。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)的機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)管理與性能評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和快速檢索，并通過(guò)性能評(píng)估軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和算法的改進(jìn)。實(shí)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(píng)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(hào)處理發(fā)展，數(shù)據(jù)量越來(lái)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(yàn)證，會(huì)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(gè)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(wú)法實(shí)現(xiàn)共享，浪費(fèi)存儲(chǔ)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(gè)不容忽視的問(wèn)題，一旦硬盤故障，就造成數(shù)據(jù)損壞和丟失，帶來(lái)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(píng)估軟件和相應(yīng)的硬件系統(tǒng)，對(duì)海量的多通道試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)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(duì)于雜波特性、子陣劃分、自適應(yīng)算法、目標(biāo)識(shí)別、陣列信號(hào)處理等一系列關(guān)鍵技術(shù)的分析和評(píng)估，也需要建設(shè)雷達(dá)性能評(píng)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(duì)數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵是有效的組織，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的手段描述數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加載、更新、復(fù)用等，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的獨(dú)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(guò)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(guò)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(shí)，進(jìn)行同步修改以產(chǎn)生新的與實(shí)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(guò)專門的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的抽取功能來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)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(jià)值的信息，利用信息作為行動(dòng)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(kù)管理系統(tǒng)在國(guó)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(chǔ)存在很大的安全隱患，而且性價(jià)比太低。大容量磁盤陣列在安全、速度、擴(kuò)展能力、價(jià)格方面表現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)，存儲(chǔ)設(shè)備不再是某臺(tái)主機(jī)的附屬物，而是連成一個(gè)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(guó)家已經(jīng)成為存儲(chǔ)主流，在我國(guó)目前還處于發(fā)展階段。

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)的實(shí)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(hào)帶寬為SM，通道數(shù)為5個(gè)，則數(shù)據(jù)率為lOOMB/s，試飛一小時(shí)產(chǎn)生360G的數(shù)據(jù)，實(shí)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(lái)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(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)通過(guò)入庫(kù)完成數(shù)據(jù)解析功能，即元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。入庫(kù)時(shí)根據(jù)幀頭信息，在幀/包級(jí)別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解析，不但能對(duì)單路數(shù)據(jù)校驗(yàn)，并且能對(duì)多路數(shù)據(jù)進(jìn)行并行排錯(cuò)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(kù)時(shí)用戶需為當(dāng)前數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)類型、記錄時(shí)間、記錄地點(diǎn)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等相關(guān)信息以便檢索。入庫(kù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和統(tǒng)一管理。

2.3 數(shù)據(jù)檢索的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)入庫(kù)時(shí)數(shù)據(jù)入庫(kù)模塊記錄的各項(xiàng)信息進(jìn)行兩級(jí)檢索。第1級(jí)檢索定位數(shù)據(jù)所屬架次號(hào)等信息，找到文件后進(jìn)行第2級(jí)檢索，根據(jù)文件的幀/包索引信息等進(jìn)行實(shí)現(xiàn)單幀和多幀的提取。檢索功能實(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)多平臺(tái)訪問(wèn)。

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(guò)光口、網(wǎng)絡(luò)口等發(fā)送給回放驗(yàn)證設(shè)備，提供連續(xù)幀、逐幀的回放功能，也可以通過(guò)指定開(kāi)始幀和結(jié)束幀，實(shí)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(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)硬件平臺(tái)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(shí)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(kù)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(shí)間、地點(diǎn)等信息分類保管，建立磁帶查詢子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)磁帶數(shù)據(jù)的檢索、查找和定位。需要恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)，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(shí)現(xiàn)

雷達(dá)性能評(píng)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(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)性能的評(píng)估。

2.7 算法研究的實(shí)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(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)等研究，為后續(xù)研制做知識(shí)儲(chǔ)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(shí)際的陣面形狀，對(duì)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(píng)估出最優(yōu)的子陣劃分方式，對(duì)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(píng)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(jí)用戶、數(shù)據(jù)管理員、數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)以及下載無(wú)權(quán)限限制的數(shù)據(jù);超級(jí)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、改、查等操作;數(shù)據(jù)庫(kù)管理員賦有全權(quán)。

本系統(tǒng)同時(shí)具有審計(jì)功能模塊：對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)磁盤陣列的直接映射，采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)管理，提供對(duì)原始數(shù)據(jù)的入庫(kù)、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(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法直接通過(guò)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(shí)將結(jié)果傳到光存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的磁盤陣列中。本設(shè)備同時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)，安插4Gbps光纖卡，安裝雷達(dá)數(shù)據(jù)性能分析和評(píng)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(chǔ)庫(kù)、數(shù)據(jù)下載工作站。

（5）磁盤陣列：實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的大批量存儲(chǔ)和共享。

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

（7）磁帶機(jī)：實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǎng)的聯(lián)試和內(nèi)場(chǎng)的數(shù)據(jù)積累。主要由三部分構(gòu)成：外場(chǎng)雷達(dá)數(shù)據(jù)管理與性能評(píng)估系統(tǒng)、便攜式雷達(dá)數(shù)據(jù)管理與性能評(píng)估系統(tǒng)、內(nèi)場(chǎng)數(shù)據(jù)備份管理系統(tǒng)。各系統(tǒng)的管理及交流見(jiàn)圖5，考慮數(shù)據(jù)量和場(chǎng)地等因素，在需要的外場(chǎng)建設(shè)雷達(dá)數(shù)據(jù)管理與性能評(píng)估系統(tǒng)，用于大型試飛現(xiàn)場(chǎng)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(píng)估。再建設(shè)一體化便攜式設(shè)計(jì)的雷達(dá)性能評(píng)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(gè)數(shù)據(jù)量需求相對(duì)小的外場(chǎng)靈活使用。為了加強(qiáng)數(shù)據(jù)交流，有效利用資源，內(nèi)場(chǎng)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(píng)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(shí)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(méi)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(chǔ)數(shù)據(jù)的增多耗時(shí)越多;通過(guò)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(yàn)證不同算法的檢測(cè)效果。性能評(píng)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)分析，對(duì)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(píng)估系統(tǒng)投入成本低，可靠性和穩(wěn)定性高，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]周江，潘高峰等，基于Web實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2012 （07）：74-77.

[2]賁德，韋傳安，林幼權(quán)，機(jī)載雷達(dá)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006 （12）.

[3]張光義.相控陣?yán)走_(dá)原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009 （12）.

[4]羅華飛.MATLAB GUI設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)手記[M]北京：航空航天大學(xué)出版社，2011（02）.