地基雷达软件仿真系统中的数据库设计

第４８卷第１期　奶讥技　Ｖｏ１．４８　Ｎｏ．１　２００８年１月　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊａｎ．２ｏｏ８　文章编号：１００１—８９３Ｘ（２００８）０１—０１０２—０４　地基雷达软件仿真系统中的数据库设计　扈　晓　，张伟２，汪学刚　（１．电子科技大学电子科学技术研究院，成都６１００５４；２．南京航空航天大学电子工程系，南京２１００１６）　摘要：分析了数据库技术在雷达软件仿真中的重要作用，讨论了其总体设计构架和逻辑数据库与　物理数据库的建立。针对仿真过程中产生的大量数据，提出了使用Ｉｍａｇｅ数据类型的设计思想。　关键词：地基预警雷达；软件仿真；数据库设计；Ｉｍａｇｅ数据类型　中图分类号：ＴＮ９５９．７１；ＴＰ３１ｌ　文献标识码：Ａ　Ｄａｔａｂａｓｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｇｒｏｕｎｄ——ｂａｓｅｄ　Ｒａｄａｒｓ　ＨＵ　Ｘｉａｏ　，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉ２，ＷＡＮＧ　Ｘｕｅ—ｇａｎｇ　（１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，　Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００５４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｎａｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｍｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｇｒｏｕｎｄ——ｂａｓｅｄ　ｒａ－－　ｄａｒｓ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｄａｔａｂａｓｅｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ　ｉｓ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｔｙｐｅ　ｎａｍｅｄ‘Ｉｍａｇｅ’ｔｏ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ａ　ｇｒｅａｔ　ｄｅａｌ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄ—ｂａｓｅｄ　ｅａｒｌｙ—ｗａｒｎｉｎｇ　ｒａｄａｒ；ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄａｔａｂａｓｅ　ｄｅｓｉｇｎ；Ｉｍａｇｅ　ｄａｔａ　ｔｙｐｅ　数据的录入、修改、查询、删除、统计、打印等工作，完　１　引　言　成全系统数据库的安全管理、数据备份与恢复等工　２Ｏ世纪８Ｏ年代末以来，伴随着现代计算机技　作。本系统所仿真的地基雷达主要功能是：当来袭　术的迅猛发展，利用计算机作为仿真建模与仿真实　导弹进入地基预警雷达的探测距离内时，地基预警　验工具的数学仿真技术在科学研究领域和工程技术　雷达确认目标导弹飞行和跟踪信息，并提供高分辨　领域得到了广泛的应用。在国防科技领域，计算机　率的目标跟踪信息，能从诱饵和碎片中识别出弹头。　数字仿真技术已成为军事电子信息系统、导弹武器　本文主要研究跨平台地基雷达数学仿真试验系统数　系统、航空航天工程等研制与实验中的先导技术，没　据库系统的设计、实现、应用等关键技术，并简要介　有仿真技术的支持，重大国防工程和武器装备的发　绍Ｓｙｂａｓｅ　ＡＳＥ数据库的特点。　展就不可能象今天这样如此迅速。　数据库系统是雷达数学仿真试验系统的重要组　２　Ｓｙｂａｓｅ　ＡＳＥ　１２．５．１数据库管理系统简介　成部分，其主要任务是储存和管理雷达数学仿真试　Ｓｙｂａｓｅ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｓｅ￣ｅｒ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ（ＡＳＥ）是一种　验系统中的有关数据及文件，为全系统提供一个方　使用客户／服务器（Ｃ／Ｓ）技术的关系数据库。ＡＳＥ　便有效存取数据信息的环境，并完成对各种数据库　是机器上的一个进程，该进程控制所有必要的内存　收稿日期：２００７—０２—２５；修回日期：２００７—１０—２２　・１０２・　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４８卷第１期　２００８年１月　奶玩技　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．４８　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２００８　使用、磁盘访问、网络功能，以及操作系统进程或线　程，具体来说有以下特点：　（１）Ｓｙｂａｓｅ数据库管理系统采用的是单进程多　线程的引擎结构，多线程数据库引擎自己负责调度　各应用程序占用ＣＰＵ的时间，而不依赖于操作系　统，这样，多线程数据库引擎自我保护的能力更强；　（２）Ｓｙｂａｓｅ　ＡＳＥ支持大多数网络通信协议，包　括ＴＣＰ／ＩＰ、ＩＰＸ／ＳＰＸ等；　（３）Ｓｙｂａｓｅ　ＡＳＥ提供了图形化的服务器管理工　具Ｓｙｂａｓｅ　Ｃｅｎｔｒａｌ，用户可以非常方便地对数据库进　行维护和操作，能完全满足数据完整性和安全性方　面的要求；　（４）Ｓｙｂａｓｅ　ＡＳＥ可保证事务的完整性，能对错　误事务进行回退处理；　（５）Ｓｙｂａｓｅ　ＡＳＥ支持多种接口，比如ＯＤＢＣ、　ＪＤＢＣ等，因此可以使用多种工具对其进行开发，如　Ｄｅｌｐｈｉ、ＶＣ、Ｊｂｕｉｌｄｅｒ等；　（６）Ｓｙｂａｓｅ　ＡＳＥ提供了可把异构环境下其它厂　商的应用软件和任何类型的数据连接在一起的接口　软件Ｏｐｅｎ　Ｃｌｉｅｎｔ／Ｏｐｅｎ　Ｓｅｒｖｅｒ，这样，就能在不同平　台上非常方便地开发数据库的应用程序。　３地基雷达软件仿真系统数据库总体设计　３．１数据库体系结构　本系统分为ＳＳＧ（场景产生）、ＲＧ（回波产生）、　ＩＳＡＲ（逆合成孔径雷达）成像、ＲＣＳ（雷达反射截面　积）产生、ＤＰ（数据处理）、ＳＰ（信号处理）、ＴＲ（目标　识别）、ＰＡ（过程分析）以及ＤＢ（数据库）９个模块，　每个模块之间没有数据交互，分别只与数据库进行　数据交互。这样有利于系统的扩展，当增加和减少　模块时，对其它模块没有太大的影响，并且可以扩展　为分布式系统。故本系统采用标准Ｃ／Ｓ体系结构，　由多台客户机（每一个客户机完成一模块功能）和　一台数据库服务器组成。但是由于除了ＰＡ模块在　Ｐｃ机上，其它模块都在ＳＰＡＲＣ硬件平台上，这就导　致了一些数据在传输时还需要进行特殊处理才能使　不同硬件平台能得到正确的数值。　３．２数据库功能　按照各系统规定的数据格式管理数据，为全系　统提供一个方便有效地存取数据信息的环境，即数　据库系统应具有的主要功能。本系统具体功能如　下：　（１）预先存储仿真中需要使用的各种资源数　据，如目标ＲＣＳ与极化矩阵、目标一维、二维像样　本、各种目标的特征提取以及根据用户设定产生的　航迹以及环境参数形成数据资源库；　（２）存储仿真中各模块产生的数据，以供需要　的模块使用以及仿真完成后或运行中的数据分析，　形成仿真过程数据库（此类数据在完成仿真后会根　据用户的需要删除或保留）；　（３）提供友好的人机交互界面，方便用户读取、　修改、存储、分析数据；能对数据库中的数据进行各　种数据处理，并以一维、二维、三维的图像进行显示　或者以统计图、报表的方式供用户分析数据；　（４）存储用户认为应保留的中间数据和事后分　析数据以及用户所撰写的一些文本文件，如一些航　迹数据以及有分析价值的图表，形成档案库；　（５）备份与恢复以及安全管理。本系统没有采　用镜像（提高数据录入速度），故对重要数据的备份　是很重要的。数据库运用用户帐号、角色等安全机　制，进行身份验证和安全检查。所有库表按需求分　类，以不同的访问权限授予系统角色，在增加用户帐　户后，再将该角色授权给用户。所有用户必须经登　录审查后方可操作数据库。　数据库系统与雷达软件仿真全过程的关系如图　１所示。　图１　数据库系统与雷达软件仿真系统的关系图　３．３数据库结构设计　数据库结构设计包括逻辑数据库设计和物理数　据库设计。逻辑数据库设计是对特定应用所需要的　表、索引和其它数据库对象的描述，物理数据库设计　的任务是根据逻辑数据库设计的要求分配表空间的　大小位置，确定表以及其索引在物理磁盘上的具体　位置，然后通过调优尽可能地提高访问速度和缩小　Ｉ／Ｏ冲突，提高数据库的效率。在进行数据库结构　设计时，一般应考虑安全性、完整性、一致性、数据冗　・１０３・　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４８卷第１期　２００８年１月　国玩技　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＶｏｌＩ　４８　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２００８　余等问题０仿真数据库的逻辑设计如图２所示。　日　标　ＲＣ　萋　图２仿真数据库逻辑设计　．　由于在仿真过程中产生的数据量极大，每次Ｉ／Ｏ　都会给系统和数据库带来很大负担，所以物理数据　库的设计相当重要。Ｓｙｂａｓｅ　ＡＳＥ允许控制跨物理存　储设备的数据库、表和索引的放置。它可以通过平　均分配跨多个设备和控制器的磁盘读写来提高性　能。本数据库中采用对表进行分区的方法提高Ｉ／Ｏ　性能。分区可允许并行查询处理访问表的每个分　区，基于分区的扫描中的每个工作进程读取一个单　独的分区，也使跨多个数据库设备分配表的Ｉ／Ｏ成　为可能。除此之外，还采取以下方法进一步提高Ｉ／Ｏ　性能：　（１）大量Ｉ／Ｏ要求的系统数据库放置到单独的　物理磁盘和控制器上，而不与应用程序数据库放在　一起；　（２）将频繁使用的表放置到单独的磁盘上；　（３）将数据和日志放在不同磁盘上；　（４）将表中的Ｉｍａｇｅ类型数据放置到单独的物　理设备上。　４　Ｉｍａｇｅ数据类型的使用　在绝大多数关于雷达软件仿真的论文和教程　中，都没有提到如何存储和读取海量的仿真数据，例　如回波数据（每次采样产生约３００　０００个ｄｏｕｂｌｅ型　复数）、ＩＳＡＲ数据（每次成像产生１　０４８　５７６个　ｔｌｎｙｉｎｔ型实数）。如果以ｄｏｕｂｌｅ或ｔｉｎｙｉｎｔ类型存储　的话，就需要新增３００　０００或１　０４８　５７６行，插入时　间约半小时和一小时，并且不方便管理和占用较多　磁盘空间。在本文中，我们提出了一种具体的存储　和读取海量数据的方法。将整个数组视为一个较大　的二进制数据块，使用Ｉｍａｇｅ数据类型（Ｉｍａｇｅ数据　可存储多达２　１４７　４８３　６４７字节的数据）存储到外部　数据页上，３００　０００行的ｄｏｕｂｌｅ型数据只要４０　Ｓ左　・１０４．　右，而且管理非常方便，每次抽样产生的各种数据都　存储在一行，磁盘占用约为第一种方法的６０％。（如　果使用第一种方法时表建得不合理，这个比例还要　下降）。在跨平台的仿真系统中使用Ｉｍａｇｅ数据类　型也有其缺陷。二进制数据是用于特定平台的数　据，用户所使用的硬件类型决定如何存储和解释数　据。因此ＰＡ模块无法直接使用位于ＳＰＡＲＣ平台　上数据库中的Ｉｍａｇｅ数据。本系统提供了两种处理　方法供用户选择：　（１）由ＰＡ模块发送消息通知数据库用户想分　析哪次抽样的数据，然后在数据库服务器上提出所　需要的Ｉｍａｇｅ数据，将它拆分开并以ｄｏｕｂｌｅ型数据　插入到一张临时表中，然后通知ＰＡ模块去读取这　张临时表中的数据。这个方法的好处在于所有处理　都在服务器上，客户端没有太大压力，弊处在于所化　时间较多（３００　０００行数据约为半小时）。如果用户　的ＰＣ机配置不高或对实时性要求不高，可选择此　方法。其过程如图３所示；　通过Ｗｉｎｓｏｃｋ　一发送消息一　ＰＡ　ｒ　Ｉ　ＤＢ　包含Ｉｍａｇｅ列　的表的一・行　Ｄｏｕｂｌｅ　数据　Ｄｏｕｂｌｅ型致　Ｄｏｕｂｌｅ型数据　Ｄｏｕｂｌｅ型数据　得到ＤＢ摸块发送圊的任务已完成消息，ＰＡ读取临时擞中数　图３　ＰＡ模块读取Ｉｍａｇｅ数据流程图　（２）直接将数据库中的Ｉｍａｇｅ数据下载到本地，　然后在客户端编程进行位运算，将二进制数据解释　成Ｐｃ机能理解的数据。此方法的好处在于速度相　对第一种方法快，弊处在于所有处理都在ＰＣ机上，　给客户端带来比较大的压力。如果用户的ＰＣ机配　置较好，没有什么其它任务并且要求实时性，可选择　这种方法。　５　仿真数据分析界面的设计与功能　仿真数据分析界面是为了方便用户对仿真过程　中产生的数据进行分析设计的。此界面使用　ＤＥＬＰＨＩ　７在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下开发，具有友好的人机　交互界面和强大的数值计算处理功能，能以各种方　式将数据呈现在用户面前，使用户能方便快捷地分　析数据。其具体功能如下：　（１）能根据用户需要，设置参数进行各种信号　处理，比如ＦＩＲ滤波、Ｆｎ＇、相关、卷积、均值、方差以　及功率谱计算；　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４８卷第１期　２００８年１月　国讥技　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．４８　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２００８　（２）能根据用户需要，将各种数据以一维、二维　或直方图等图形方式显示；　（３）能根据用户需要，将图表、数据以各种方式　的报表打印；　（４）能根据用户需要，选择有保留价值的数据、　图形、文档存储到档案库。　仿真数据分析界面产生的ＩＳＡＲ图像的二维像　和回波数据的三维像分别如图４和图５所示。　图４　ＩＳＡＲ像（数据来源于本系统ＩＳＡＲ模块，为一导弹）　图５回波图像（数据来源于本系统ＲＧ模块，某单目标回波）　６　结束语　本文分析了数据库在雷达数学仿真系统的作　用，结合了雷达数学仿真系统的特点，讨论了仿真数　据库的逻辑设计和物理设计，重点提出了在雷达数　学仿真数据库中使用Ｉｍａｇｅ大二进制数据类型的方　法和好处，并指出其在跨平台系统中的不足，最后给　出两种解决方案。在现在大多数关于雷达数学仿真　的论文和教程中都没有提到这种解决大数据量数据　存取的具体方法。在雷达数学仿真系统中，有效管　理仿真中使用的数据，对提高仿真系统的效率和性　能具有重要意义。随着数据库技术的不断发展和完　善，例如实时性的提高、对面向对象的支持，数据库　技术在仿真技术中的应用将不断深入和发展。　参考文献：　［１］　王国玉，汪连栋．雷达电子战系统数学仿真与评　估［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００４．　［２］　Ｊｅｆｆｒｅｙ　Ｇａｒｂｕｓ．Ｓｙｂａｓｅ　ＡＳＥ　１２．５管理员指南［Ｍ］．　余安萍，译．北京：电子工业出版社，２００４．　［３］　丹梅，汪雪松，等．雷达电子战半实物仿真系统中的数　据库技术［Ｊ］．航天电子对抗，２００２，（２）：８—１１．　［４］Ｓｙｓｔｅｍ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｇｕｉｄｅ［Ｚ］．Ｓｙｂａｓｅ，Ｉｎｃ．２００３．　［５］Ｔｒａｎｓａｃｔ—ＳＱＬ　Ｕｓｅｒ￣Ｇｕｉｄｅ［Ｚ］．Ｓｙｂａｓｅ，Ｉｎｃ．２００３．　［６］Ｄｅｌｐｈｉ７网络应用开发［Ｍ］．北京：电子工业出版社，　２００３．　［７］Ｄｅｌｐｈｉ７数据库应用开发［Ｍ］．北京：电子工业出版社，　２Ｏ０３．　作者简介：　一）。男，四川泸州人，硕士，　件仿真系统的数据库设计，　１２３＠ｅｔａｎｇ．ｅｏｍ；　张伟（１９７４一）。男，四川人，南京航空航天大学在站　博士后，主要研究方向：雷达系统的建模、仿真。　・１Ｏ５・