雷达对抗仿真系统中雷达数据库设计与实现

董 凯，徐吉辉，方 伟，陈忠海

（海军航空工程学院 a.研究生管理大队；b.科研部；c.电子信息工程系，山东 烟台 264001）

0 引言

随着武器装备的快速发展，雷达等电子设备所面临的电磁环境越来越复杂，为了研究复杂电磁环境下雷达对抗装备的效能，目前国内外普遍采用计算机仿真的方法，开发各种雷达对抗仿真系统，对复杂电磁环境下的各种电子对抗措施的效能进行预测、分析和评估，进而为大型的电子战仿真系统提供支撑，还可以为部队电子战装备的培训降低成本，提升效果。

大型仿真系统的有效运行通常是建立在大量仿真数据和模型数据基础之上的，因此常常采用数据库技术来有效管理这些数据资源，实现对资源的访问、检索、统计和共享。可以说，数据库的设计直接影响到整个仿真系统的设计，特别对系统的可扩展性至关重要。美国国防部的建模与仿真倡议中就将数据库技术列为国防建模与仿真的关键技术领域。

雷达数据库是雷达对抗仿真数据库的重要组成部分。从数据库设计上，将仿真系统中仿真数据与模型数据进行有效地分离，着力提高用户对整个仿真系统的操作性，使用户便于理解、修改和扩展仿真系统中的各种模型。

1 雷达对抗仿真系统总体结构

雷达对抗仿真系统采用基于HLA的分布式交互仿真结构，仿真系统总体结构如图1所示[1]。

图1 雷达对抗仿真系统总体结构

各分系统功能描述如下：

1）仿真系统控制台。各分系统进程启动和结束；仿真科目设置和发送；分系统参数初始化；仿真系统运行控制，包括运行、暂停和停止；切换雷达显示控制系统所显示的雷达等。

2）二维态势显示系统。根据仿真系统控制台的科目设置完成基于二维电子地图的仿真兵力生成、参数初始化、态势显示、兵力实体监视等。

3）三维视景仿真系统。根据仿真系统控制台的科目和二维态势显示系统的兵力设置完成基于三维数字地形的视景显示，包括压制区域显示、雷达波束显示、视点选取及切换、兵力选择和观测操作。

4）效能评估系统。根据仿真系统控制台选择的雷达，显示该雷达的暴露区、干扰效率、预警时间、压制系数、跟踪误差、雷达探测方位—距离曲线、检测概率—距离曲线等重要参数，并根据相应评估模型给出评判结果。

5）雷达显示控制系统。根据仿真系统控制台发出的雷达显示画面指令，显示雷达对抗过程中的画面。仿真中包含众多的雷达，当控制台进行切换选择时，雷达显示控制系统显示所选雷达显示界面。其中还包含基本的雷达人机输入界面。

6）RTI 服务器。运行支撑环境RTI是整个仿真系统信息交互的核心，提供联邦管理、声明管理、对象管理、所有权管理、时间管理和数据分发管理这六个方面的服务。

7）数据库服务器。仿真系统的运行存在大量数据信息的交互、读取和存储，数据库服务器为各个台位提供初始化所需信息和保存仿真过程以及结果中的重要信息。

2 雷达对抗仿真系统应用流程

雷达对抗仿真系统的应用流程如图2所示[2]。对抗过程的二维态势显示和效能评估是雷达对抗仿真系统的主要内容。二维态势显示系统由设计人员在电子地图上布置对抗兵力，设置兵力平台上的对抗设备参数，雷达显控系统显示控制台所选择雷达的显示界面，三维视景仿真系统中生成相应三维视景。仿真开始后，进行对抗实时解算，分别显示二维态势和三维视景推演过程，控制台选择雷达显示控制系统的雷达显示界面，效能评估系统对雷达的效能进行评估。一次仿真结束后，对各系统的对抗数据和评估结果进行综合评判。

图2 仿真系统应用流程

3 雷达对抗仿真系统数据库构成

雷达对抗仿真系统数据库是仿真系统的基础，主要任务是存储和管理雷达对抗仿真系统中有关数据、文件和算法动态链接库等，为全系统提供一个方便有效的存取数据信息的环境，并完成对各种数据库数据的录入、修改、查询、删除、备份与恢复等工作。[3]雷达对抗仿真系统数据库构成见图3。

图3 雷达对抗仿真系统数据库结构

仿真数据库是仿真系统框架的数据支撑，存储的数据贯穿于仿真的全过程，并对平台数据库、装备数据库、环境数据库、模型库和算法库进行调度，主要包括作战想定数据库、仿真运行数据库和仿真结果数据库。

仿真过程与数据库调度关系如图4所示。

图4 仿真过程与数据库调度关系

作战想定数据库读取的作战想定文件包含仿真系统初始化所需的数据信息索引，仿真开始后，根据索引对平台数据库、装备数据库和环境数据库进行逐层检索，解析所需数据，最终完成分系统的初始化；仿真系统运行至结束的过程中，调用模型库和算法库中的仿真模型、仿真算法以及评估模型；仿真运行过程中重要的数据被记录并保存至仿真运行数据库，仿真结束后的分析评估结果被保存到仿真结果数据库。

4 雷达数据库设计

雷达数据库的结构设计与雷达的分类方式密切相关。现代雷达的分类方法多种多样，按采用的体制和技术来分，可分为脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达等；按战术用途来分类可分为战略预警雷达、警戒引导雷达、炮瞄雷达等；还有根据天线类型、扫描类型分类的方法。另外还要考虑到每一具体型号的雷达常常具有多种抗干扰的工作模式。如何对不同工作体制、不同功能、具有多种工作模式的雷达建立数据库，并且能够适应实际中雷达种类的变化适时更新，这是要解决的主要问题。

4.1 面向对象的雷达数据库设计

雷达系统的基本组成包括天线分系统、发射机分系统、接收机分系统、信号处理分系统和终端分系统等基本组成部分（除少数雷达如无源雷达等）。各分系统参数和性能的不同导致雷达技术体制或功能的不同，从而采用不同名称。因此，应用面向对象的思想[4]，可以将雷达系统的各分系统视为相对独立的对象，分别建立数据表进行数据描述。如果分系统的某些参数描述复杂且独立性较强，可以同样视为独立对象，建立下一级数据表并与该分系统数据表关联。这样，对象的重复使用，简化了数据描述，实现了属性结构的标准化定义，符合人们的思维习惯，便于系统的设计开发，提高了系统的可维护性和可扩展性。雷达数据库中数据表关系图如图5所示。[5-6]

图5 雷达数据库中数据表关系图

以雷达信息表为例，向下关联连续波体制表和脉冲体制表等，脉冲体制表又向下关联PRI 正弦调制表等。图6表示了查询PRI 调制频率值的流程。

图6 PRI 调制频率值检索流程

根据雷达信息表的“信号体制”字段内容“脉冲体制”定位下一级脉冲体制数据表；根据“信号体制编号”字段内容定位脉冲体制数据表中的条目；根据“PRI类型”字段内容定位下一级PRI 正弦调制数据表；根据“PRI 编号”字段内容定位PRI 正弦调制数据表中条目，最终得到表中PRI的正弦调制的频率值。

从图5中可以看出，以雷达的编号为索引，通过载体平台、信号体制、发射机、天线、接收机和信号处理机这一级数据表中的数据完成了雷达对抗仿真实体的初步描述，进一步的数据信息通过字段中的数据完成对下一级数据表的索引和条目定位。这种数据库设计方法最主要的优点就是扩展性好。雷达对抗仿真系统的程序开发过程中或后期使用中常常需要增加新的雷达参数，这些参数一定可以归属于雷达的各个分系统中。归属方式有两种情况，第一种情况：新增参数可以直接归属于现有某数据表中，则增加该表的字段进行描述，系统设计上只需要维护该表的数据库访问方法；第二种情况：新增参数包含多种类型，每种类型需要不同的参数描述，则不可以直接归属于现有数据表中，通过在相关数据表中增加类型索引字段，并增加新数据表存放各类型的参数，软件设计上增加一段独立性和封装性较强的代码访问新数据表，维护新增字段表的代码。这样就很大程度上减小了新增雷达模型或参数对仿真系统框架的影响，提高了系统设计和开发的效率。

4.2 ADO技术访问数据库

设计的雷达对抗仿真系统是在Visual C++6.0开发平台上开发的，VC++中提供了多种访问数据库的技术，包括ODBC、MFC ODBC、DAO、RDO、OLE DB、ADO，[7]其中ADO技术是一种访问数据库的高层接口，它基于OLE DB，并对OLE DB的接口进行了封装，定义了ADO 对象，使程序的开发得到了大大的简化。考虑到ADO技术调度速度快、平台移植性好等优点，系统设计中采用ADO技术实现对数据库的访问。Connection、Command、Recordset 对象是ADO 对象中最常用的对象：

Connection 对象：用来建立客户机与数据库服务器连接以及处理一些命令和事务；

Command 对象：用于处理传递给数据源的命令；

Recordset 对象：用于处理数据的表格集，如获取修改数据。

为了方便数据库操作，将上述三个对象封装进了两个类CADODatabase 和CADORecordset 中。CADODatabase类包含 Connection 对象指针，CADORecordset 包含 Command 对象指针和Recordset 对象指针。调用这两个类时，声明两个对象指针m_pDatabase 和m_pRecordset，即可对数据库进行增、删、改、查操作。

5 雷达对抗仿真实例分析

基于上述数据库设计开发的雷达对抗仿真系统二维态势显示系统的运行界面如图7所示。[8]

该实例中的对抗兵力模型包括干扰机1、干扰机2、舰艇1 和舰艇2，两舰艇上各设置一部搜索雷达。仿真中假设干扰机的频率范围已覆盖舰载雷达的频率，并且干扰方向为全向360°，因此干扰机功率参数和增益参数在对抗算法解算中取二者的乘积值，即全向等效辐射功率。对抗兵力模型参数如表1、表2所示。

图7 雷达对抗仿真二维态势显示

表1 干扰机模型参数表

表2 舰艇及其雷达模型参数表

图7中两条闭合白色虚线分别表示舰载雷达的探测区域边界，当雷达目标处于该边界范围之内时，雷达发现目标；当雷达目标处于该边界范围之外时，雷达不能发现目标。仿真开始后，各仿真兵力按照各自预设路径轨迹运动，雷达发射波束的天线方向图分别以天线转速旋转，方向图主瓣的顶点落在雷达探测区域边界上；两架干扰机同时对两艘舰艇上的雷达进行噪声压制干扰，雷达的探测区域出现不同程度的缩小，特别在两架干扰机方向上，舰艇1和舰艇2 平台上的雷达探测距离大幅减小。这样干扰机就能够为干扰方提供一定的支援干扰，掩护其他作战兵力接近敌方舰船，遂行作战任务。

6 结束语

雷达对抗仿真系统的设计是一个非常复杂的过程，数据库是仿真系统的基础，其设计结构影响系统的总体性能和可扩展性。针对这一问题应用面向对象的思想进行数据库设计，并以雷达数据库的设计为例进行详细阐述。最后给出了一个在此基础上建立的雷达对抗仿真系统的仿真实例。由于目前雷达对抗仿真系统设计中的主要工作是构建具备一定通用性的系统框架，采用的算法比较简单，还有很多研究工作需要进一步深入。但从工程应用的角度看，将现有理论算法转化为直观的战场推演仿真过程有助于现代电子战环境下指挥员对战场态势的准确判断、科学决策、电子战力量的合理部署和调配，具有很好的实践意义。进一步的工作主要包括：丰富仿真雷达类型、干扰样式，研究多干扰样式、雷达组网抗干扰等复杂电磁环境中的情形。

[1]王国玉,汪连栋,王国良,等.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]曾洪祥.雷达电子战系统建模仿真技术和作战效能评估的研究[D].长沙:国防科技大学研究生院,2000.

[3]李云刚,吴京,周一宇.电子对抗仿真中雷达数据库的维护[J].电子对抗技术,2003,18(3):22-25.

[4]丹梅,王雪松,鲜明,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.

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[6]焦逊,陈永光,王雷.基于数据库的电子对抗作战效能分析系统的设计[J].火力指挥与控制,2006,31(8):4-7.

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[8]朱华邦,洪庆根,杜娟.火控雷达在有源干扰环境中的作用距离评估[J].海军航空工程学院学报,2008,23(2):171-173.