机载相控阵雷达数据管理与性能评估系统

陶曌杨 叶玲平

摘要 机载雷达每一次试飞都需要多种因素配合，并且试飞费用昂贵，试飞数据非常宝贵。随着相控阵技术的发展以及广泛应用，雷达数据量越来越大，对数据管理也提出了新的要求。为了实现对海量试飞数据更好的管理与分析，本文介绍了一种基于数据管理平台的机载相控阵雷达数据管理与性能评估系统，实现数据的集中存储和快速检索，并通过性能评估软件，实现数据的分析和算法的改进。实际应用表明，该系统稳定可靠、方便快捷、功能完善，是海量数据管理和性能评估的一种有效手段。

【关键词】机载雷达 检索 回放 收发单元

新一代机载雷达采用全数字化的相控阵体制，向多通道和自适应阵列信号处理发展，数据量越来越大。机载雷达的性能调整和提高需进行大量的试飞验证，会得到海量的数据。随着数据的增加，数据管理方式也需要得到提升。

数据散落在各个电脑的硬盘里，反复进行查询、修改、分析等操作，导致工作效率下降。数据之间无法实现共享，浪费存储空间。使用不同的分析软件进行分析，数据格式要求各不相同，导致相同的数据建立不同格式的文件，数据严重冗余。

数据的安全性也是一个不容忽视的问题，一旦硬盘故障，就造成数据损坏和丢失，带来不可估量的损失。

为了快速高效地完成机载雷达的联试与试飞，需要一套统一的雷达性能评估软件和相应的硬件系统，对海量的多通道试飞数据进行及时的分析、处理，研究算法的优化，改善雷达性能，提高试飞效率。

对于杂波特性、子阵划分、自适应算法、目标识别、阵列信号处理等一系列关键技术的分析和评估，也需要建设雷达性能评估系统。

1 数据管理原理

为了充分有效的发挥数据的作用，对数据管理的关键是有效的组织，通过标准化的手段描述数据的内在联系，以实现数据的加载、更新、复用等，同时保证数据的独立性与完整性，减少数据冗余，提高数据共享程度和数据管理效率。

通过标准化的手段描述数据属性信息称为元数据管理系统，元数据信息包括数据的命名、数据类型、格式等，通过这些信息的变化进行数据跟踪和管理。当需要變更配置时，进行同步修改以产生新的与实际情况一致的元数据，面向数据应用的数据管理保证了作业的连续性。通过专门的元数据管理系统的抽取功能来实现数据的转换存储和导入。元数据管理系统从复杂、大量的数据中抽取出有价值的信息，利用信息作为行动和决策的依据，并科学的保存和管理，方便而充分的利用这些资源。这种数据库管理系统在国外已经得到了广泛的应用，并随着信息化技术的不断发展而完善。

扩展硬盘存储存在很大的安全隐患，而且性价比太低。大容量磁盘阵列在安全、速度、扩展能力、价格方面表现出了巨大的优势，存储设备不再是某台主机的附属物，而是连成一个整体。加上在线冗余技术和光纤技术的发展，磁盘阵列在发达国家已经成为存储主流，在我国目前还处于发展阶段。

2 系统的实现

2.1 数据记录和存储的实现

雷达的通道数、带宽等不同，数据率也各不相同，假设某雷达回波数据位数为16位，信号带宽为SM，通道数为5个，则数据率为lOOMB/s，试飞一小时产生360G的数据，实际上，通道数远大于5。

目前记录设备采用自定义的数据格式使用光纤记录数据，来自记录设备的数据经光纤下载转存到磁盘阵列。

2.2 数据解析的实现

本系统通过入库完成数据解析功能，即元数据管理系统。入库时根据帧头信息，在帧/包级别实现数据解析，不但能对单路数据校验，并且能对多路数据进行并行排错和分拣，保证导入正常数据，并提取正常数据的索引。入库时用户需为当前数据录入数据类型、记录时间、记录地点、数据长度等相关信息以便检索。入库实现了数据的集中存储和统一管理。

2.3 数据检索的实现

根据入库时数据入库模块记录的各项信息进行两级检索。第1级检索定位数据所属架次号等信息，找到文件后进行第2级检索，根据文件的帧/包索引信息等进行实现单帧和多帧的提取。检索功能实现了所有数据快速而精确的定位。

2.4 数据调用的实现

数据调用有两种方式，下载和回放。数据下载根据用户的检索条件，实现用户要求的单帧或多帧数据下载。数据下载支持多节点多平台访问。

数据回放根据用户的查询条件，将用户选取的数据文件从磁盘阵列中读出，再通过光口、网络口等发送给回放验证设备，提供连续帧、逐帧的回放功能，也可以通过指定开始帧和结束帧，实现部分数据的回放。

2.5 数据备份与恢复的实现

数据存储硬件平台的容量是有限的，为了保证本系统的可持续应用，需同时建设数据备份系统，按事先商定的备份策略定期备份数据和数据库系统及相关软件到磁带，备份速度为16Mb/s。

磁带按照产品、时间、地点等信息分类保管，建立磁带查询子系统实现对磁带数据的检索、查找和定位。需要恢复数据时，定位磁带，快速导出数据到磁盘阵列，恢复速度为120Mb/S。

2.6 数据分析的实现

雷达性能评估系统提供统一的雷达数据处理软件用于雷达航迹信息数据和回波数据的分析，该软件包括数据输入、数据输出、数据处理、数据关联、数据显示、显示控制等功能。读取数据后，通过界面配置相应参数，进行分析处理和各种算法改进，最终将雷达处理结果以图像的形式进行在界面上显示，和显示控制一起给工作人员提供便捷的人机交互功能，实现对雷达性能的评估。

2.7 算法研究的实现

利用已有的数据提取各种参数，可以进行杂波建模、目标特性分析、目标识别数据库等研究，为后续研制做知识储备。还可以研究子阵划分、自适应算法、STAP等新的算法，使雷达性能达到最优。

如图3所示，根据录取的收发单元（T/RU）数据和实际的阵面形状，对雷达回波数据可以进行二次处理，如改变加权系数、改变子阵划分方式，评估出最优的子阵划分方式，对试飞数据达到充分利用，节约成本，提高效率。

2.8 系統的安全管理

数据管理和性能评估系统还具有相应的安全管理功能模块：包括用户管理、口令管理、角色管理、权限管理等功能。系统设置普通用户、超级用户、数据管理员、数据库管理员四类用户，分别授予不同的权限。普通用户只能查询数据库以及下载无权限限制的数据;超级用户除查询外，可下载有权限限制的特殊数据数据管理员可对数据进行增、删、改、查等操作;数据库管理员赋有全权。

本系统同时具有审计功能模块：对可能危及系统安全的操作（如删除，修改等）进行跟踪监控以备责任返查。3硬件支撑

如图4所示，本系统包含的具体硬件如下.

（1）高性能PC工作站：该工作站实现对磁盘阵列的直接映射，采用Oracle数据库管理，提供对原始数据的入库、查询、下载及回放数据的集中。由于目前在线记录设备尚不支持SAN光纤存储网络，无法直接通过光纤完成数据的上载下传操作，需要在该高性能工作站安插4Gbps光纤下载卡，接数据记录卡进行读写，同时将结果传到光存储网络上的磁盘阵列中。本设备同时作为光纤回放卡宿主设备，用于数据回放。

（2）下载工作站：用于实现对数据的快速浏览、精准检索，提供按数据帧的检索查询。

（3）高性能工作站若干台，安插4Gbps光纤卡，安装雷达数据性能分析和评估软件，用于处理数据、算法改进。

（4） 16端口4Gbps光交换模块及相应子卡的光纤交换机，连接至高速数据存储库、数据下载工作站。

（5）磁盘阵列：实现对数据的大批量存储和共享。

（6）网络交换机：网络共享。

（7）磁带机：实现对数据的备份，及必要情况下数据的恢复。

4 系统的应用

本系统可在机载相控阵雷达领域应用，用于保证外场的联试和内场的数据积累。主要由三部分构成：外场雷达数据管理与性能评估系统、便携式雷达数据管理与性能评估系统、内场数据备份管理系统。各系统的管理及交流见图5，考虑数据量和场地等因素，在需要的外场建设雷达数据管理与性能评估系统，用于大型试飞现场的数据存贮、管理、调用、分析、算法研究、回放和雷达性能评估。再建设一体化便携式设计的雷达性能评估系统，具备基本的数据转存、解析、检索、回放和分析功能，在各个数据量需求相对小的外场灵活使用。为了加强数据交流，有效利用资源，内场数据备份管理系统备份历史数据到磁带，统一保管。

5 结论

本文介绍的数据管理和性能评估系统在机载相控阵雷达相关产品上已经取得了很好的效果，所有数据集中统一管理方便，又实现了数据的快速查找和定位。在海量的数据中若没有建设数据管理系统，单帧查询和下载平均需要5分钟，并且随着存储数据的增多耗时越多;通过数据管理系统进行单帧的查询和下载只需要20秒，并且不受数据量增加影响，大大提高工作效率。回放系统充分地利用了数据，验证不同算法的检测效果。性能评估系统提供相关软件，规范了数据分析的手段，对数据进行及时分析，对故障进行快速定位，改善算法，大大提高试飞效率。

综上所述，机载相控阵雷达的数据管理和性能评估系统投入成本低，可靠性和稳定性高，具有较高的实用价值。

参考文献

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