大型雷达数据库设计及应用

摘 要：分析研究现有雷达数据库的现状和发展，并结合大型雷达存在的问题的和难点，提出大型数据库雷达管理与维护系统。首先提出大型数据库系统的数据库设计模型，包括基础数据库和动态数据库，同时给出数据库可扩展性设计的方法。接着，针对数据库海量数据查询的问题，提出分区和建立索引的数据库优化方法。最后，在某大型雷达工程项目中应用取得安全、可靠、稳定的效果。

关键词：数据库；海量数据；分区；索引

中图分类号：TN957.2

随着雷达功能的不断发展和完善，其系统结构变得越来越复杂，各个分系统之间的数据交互越来越多。雷达的工作时间越长，采集的数据就越多，如何有效地存储和利用这些雷达数据为后续的处理和分析提供有效的帮助，这将成为目前急需解决的问题。雷达数据库作为雷达系统的基石，支撑雷达各个分系统的数据交互，如何保证雷达数据库的响应和服务质量，保证雷达系统长久高效可靠的运行，对大型雷达的发展和应用有着极其重要的作用。

基于雷达数据库的研究工作已经大量存在，如孟庆鹏[1]等利用SQLServer数据库对雷达及其信号参数进行设计，并且在特定时间段内对目标点迹进行提取。郭谦斌[2]将数据库应用在雷达组网系统中，并对数据库的高可用性展开研究。董凯[3]等提出基于HLA的雷达仿真系统总体架构及其数据库设计。练学辉[4]等提出基于SQLServer数据库的大量雷达目标信息的存储和查询分析技术，对海量雷达目标查询具有一定的借鉴意义。杨沛[5]等针对雷达系统的RCS数据量过大的问题对其建模设计，给出标校球RCS数据库设计方法。杜鹏[6]等将机载雷达杂波和GIS结合，提出基于三维GIS杂波特性应用数据库。上述研究主要针对不同雷达的特定应用，对整个雷达系统的数据库建模设计的研究还比较少，因此本文主要针对整个问题展开研究。

常用的数据库包括SQLServer、Oracle、嵌入式数据库等。大型雷达的特点是数据流量大（系统工作参数、点迹数据、航迹数据、BIT数据等），系统要求安全可靠。而Oracle数据库是一个功能强大的大型分布式数据库管理系统，具有逻辑整体性强、支持分布式计算、透明访问、网络负载均衡和可靠性高等特性，提供了一套有效的数据一致性、完整性和安全性的保证机制。因此，本文采用Oracle数据库作为平台对大型雷达的整机系统进行建模和设计，同时提出高效的数据检索算法查询雷达目标信息，最后在某大型雷达系统中取得较优的应用效果。

1 雷达数据库设计及优化

雷达数据库作为雷达系统的支撑层，与雷达多个分系统进行数据交互，用于后续的数据处理和目标分类识别等。雷达数据库包括雷达基础数据库和动态数据库，其中雷达基础数据库包括工作参数数据库、地理信息数据库、信号处理参数数据库等；雷达动态数据库包括点迹数据库、航迹数据库、BIT数据库等。

1.1 数据库设计

需求设计不仅需要满足当前用户的需求，还要充分考虑以后可能的扩充字段，因此，可扩展性是需求设计的基本原则。另外，对于雷达数据库系统来说，我们还需要兼顾以下原则：

（1）从软件模块化的角度出发，每个数据表应具有可扩展性，根据不同类型雷达（地面、反导、球载等）的需求，抽象出多个扩展字段，以适应多种类型雷达的应用需求；（2）对于每个数据表，用户可以实现对数据表的查询、插入、修改、删除等基本操作；（3）对于海量数据查询（如目标点迹），需要针对性地设计，按月存储分区表且每个分区表建立不同的索引以便查询。

由于雷达系统包括较多的数据表，限于篇幅，论文针对典型的点迹数据表展开设计。传统的点迹数据一般包括距离、方位、高度、仰角、时间等，为了适应多种雷达需求，我们增加多个扩展字段如中心方位、侧角方位、方位宽度、距离宽度，多普勒值等。

1.2 数据库优化

一般情况下，雷达的一个天线扫描周期内雷达探测到的雷达目标数远小于该周期时间内能存入数据库的雷达目标信息总量。若大型雷达每天的点迹数据量为100万条，则一个月的点迹数据为3000万条记录。大型雷达存储超过1年时间的雷达数据，因此雷达点迹数据查询属于海量数据查询，为了提高点迹数据入库和查询的销率，需要对雷达点迹数据进行分区。

针对海量数据查询的问题，论文采用高效合理的处理方法，首先建立点迹数据的月存储表，每个表的容量最多为3000万行记录；接着，针对经常使用的字段（如时间、距离、方位、仰角等）建立数据字段索引，加速查询。这种设计方法针对海量数据查询，具有较好的实用性。

为了进一步测试其有效性，表1给出查询某个时间段内的点迹数据，数据表规模为1000万行记录。在两个相同的数据表上查询，一个建立时间查询索引，另外一个没有建立索引。建立时间查询索引的查询性能较优，满足雷达性能实时性的要求。原因是执行查询索引策略的性能远优于全盘扫描。

雷达数据库涉及海量数据查询的还包括航迹数据，同样采用分区建表和建立索引的方式，其他数据表不做具体要求。

2 雷达数据库应用

雷达数据库应用程序采用QT 4.8.0编程工具，Oracle数据库的版本为11g，可运行于windows和linux等操作系统。为了保证雷达数据库应用程序的稳定性和效率，应用程序设计采用多线程，包括网络线程，数据库线程，数据查询线程等。系统软件如图1所示。

雷达数据库应用程序包括数据库管理、基础数据库、动态数据库、数据库维护等模块。对于每个数据表，应用程序提供插入，删除，修改和查询等功能，如上图所示。

3 结束语

论文提出一种基于大型雷达的数据库管理及维护系统，包括数据库模型的建立，数据库设计方法和数据库优化方法。经实验验证，该数据库管理与维护系统具有较强的稳定性、可靠性和实用性，为我国大型雷达研究提供关键技术支撑。随着雷达研究的不断发展，系统功能越来越强大，数据库优化成为下一步的研究方向。

参考文献：

[1]孟庆鹏，章碧，骆彬.雷达及其信号信息数据库的设计[J].雷达与对抗，2010，30（2）：60-63.

[2]郭谦斌.数据库高可用性在雷达组网系统中的应用[J].信息化研究，2010，36（7）：60-64.

[3]董凯，徐吉辉，方伟，海.雷达对抗仿真系统中雷达数据库设计与实现[J].海军航空工程学院学报，2010，25（1）：19-23.

[4]练学辉.基于SQLServer数据库的大量雷达目标信息的存储和查询分析技术[J].雷达与对抗，2012，32（1）：65-68.

[5]杨沛，梅永华，康鹏，胡宝洁.某雷达系统标校球RCS数据库系统设计[J].电子科技，2009，22（12）：60-62.

[6]杜鹏，尹志盈，张浙东，康士峰，张玉石.基于三维GIS的机载雷达杂波数据库[J].现代雷达，2006，28（4）：4-7.

作者简介：汪中（1984-），男，安徽枞阳人，博士，工程师，研究方向：雷达数据库设计、智能交通研究。

作者单位：中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥 230088