董 凱，徐吉輝，方 偉，陳忠海

（海軍航空工程學(xué)院 a.研究生管理大隊(duì)；b.科研部；c.電子信息工程系，山東 煙臺(tái) 264001）

0 引言

隨著武器裝備的快速發(fā)展，雷達(dá)等電子設(shè)備所面臨的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，為了研究復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)對(duì)抗裝備的效能，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用計(jì)算機(jī)仿真的方法，開發(fā)各種雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)，對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下的各種電子對(duì)抗措施的效能進(jìn)行預(yù)測(cè)、分析和評(píng)估，進(jìn)而為大型的電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)提供支撐，還可以為部隊(duì)電子戰(zhàn)裝備的培訓(xùn)降低成本，提升效果。

大型仿真系統(tǒng)的有效運(yùn)行通常是建立在大量仿真數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的，因此常常采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來有效管理這些數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的訪問、檢索、統(tǒng)計(jì)和共享。可以說，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)直接影響到整個(gè)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別對(duì)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性至關(guān)重要。美國(guó)國(guó)防部的建模與仿真倡議中就將數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)列為國(guó)防建模與仿真的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。

雷達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)是雷達(dá)對(duì)抗仿真數(shù)據(jù)庫(kù)的重要組成部分。從數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)上，將仿真系統(tǒng)中仿真數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地分離，著力提高用戶對(duì)整個(gè)仿真系統(tǒng)的操作性，使用戶便于理解、修改和擴(kuò)展仿真系統(tǒng)中的各種模型。

1 雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)采用基于HLA的分布式交互仿真結(jié)構(gòu)，仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

各分系統(tǒng)功能描述如下：

1）仿真系統(tǒng)控制臺(tái)。各分系統(tǒng)進(jìn)程啟動(dòng)和結(jié)束；仿真科目設(shè)置和發(fā)送；分系統(tǒng)參數(shù)初始化；仿真系統(tǒng)運(yùn)行控制，包括運(yùn)行、暫停和停止；切換雷達(dá)顯示控制系統(tǒng)所顯示的雷達(dá)等。

2）二維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)。根據(jù)仿真系統(tǒng)控制臺(tái)的科目設(shè)置完成基于二維電子地圖的仿真兵力生成、參數(shù)初始化、態(tài)勢(shì)顯示、兵力實(shí)體監(jiān)視等。

3）三維視景仿真系統(tǒng)。根據(jù)仿真系統(tǒng)控制臺(tái)的科目和二維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)的兵力設(shè)置完成基于三維數(shù)字地形的視景顯示，包括壓制區(qū)域顯示、雷達(dá)波束顯示、視點(diǎn)選取及切換、兵力選擇和觀測(cè)操作。

4）效能評(píng)估系統(tǒng)。根據(jù)仿真系統(tǒng)控制臺(tái)選擇的雷達(dá)，顯示該雷達(dá)的暴露區(qū)、干擾效率、預(yù)警時(shí)間、壓制系數(shù)、跟蹤誤差、雷達(dá)探測(cè)方位—距離曲線、檢測(cè)概率—距離曲線等重要參數(shù)，并根據(jù)相應(yīng)評(píng)估模型給出評(píng)判結(jié)果。

5）雷達(dá)顯示控制系統(tǒng)。根據(jù)仿真系統(tǒng)控制臺(tái)發(fā)出的雷達(dá)顯示畫面指令，顯示雷達(dá)對(duì)抗過程中的畫面。仿真中包含眾多的雷達(dá)，當(dāng)控制臺(tái)進(jìn)行切換選擇時(shí)，雷達(dá)顯示控制系統(tǒng)顯示所選雷達(dá)顯示界面。其中還包含基本的雷達(dá)人機(jī)輸入界面。

6）RTI 服務(wù)器。運(yùn)行支撐環(huán)境RTI是整個(gè)仿真系統(tǒng)信息交互的核心，提供聯(lián)邦管理、聲明管理、對(duì)象管理、所有權(quán)管理、時(shí)間管理和數(shù)據(jù)分發(fā)管理這六個(gè)方面的服務(wù)。

7）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。仿真系統(tǒng)的運(yùn)行存在大量數(shù)據(jù)信息的交互、讀取和存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為各個(gè)臺(tái)位提供初始化所需信息和保存仿真過程以及結(jié)果中的重要信息。

2 雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)應(yīng)用流程

雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)的應(yīng)用流程如圖2所示[2]。對(duì)抗過程的二維態(tài)勢(shì)顯示和效能評(píng)估是雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)的主要內(nèi)容。二維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)由設(shè)計(jì)人員在電子地圖上布置對(duì)抗兵力，設(shè)置兵力平臺(tái)上的對(duì)抗設(shè)備參數(shù)，雷達(dá)顯控系統(tǒng)顯示控制臺(tái)所選擇雷達(dá)的顯示界面，三維視景仿真系統(tǒng)中生成相應(yīng)三維視景。仿真開始后，進(jìn)行對(duì)抗實(shí)時(shí)解算，分別顯示二維態(tài)勢(shì)和三維視景推演過程，控制臺(tái)選擇雷達(dá)顯示控制系統(tǒng)的雷達(dá)顯示界面，效能評(píng)估系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)的效能進(jìn)行評(píng)估。一次仿真結(jié)束后，對(duì)各系統(tǒng)的對(duì)抗數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)判。

圖2 仿真系統(tǒng)應(yīng)用流程

3 雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成

雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)是仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要任務(wù)是存儲(chǔ)和管理雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)中有關(guān)數(shù)據(jù)、文件和算法動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)等，為全系統(tǒng)提供一個(gè)方便有效的存取數(shù)據(jù)信息的環(huán)境，并完成對(duì)各種數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的錄入、修改、查詢、刪除、備份與恢復(fù)等工作。[3]雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成見圖3。

圖3 雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

仿真數(shù)據(jù)庫(kù)是仿真系統(tǒng)框架的數(shù)據(jù)支撐，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)貫穿于仿真的全過程，并對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、裝備數(shù)據(jù)庫(kù)、環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)和算法庫(kù)進(jìn)行調(diào)度，主要包括作戰(zhàn)想定數(shù)據(jù)庫(kù)、仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)和仿真結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。

仿真過程與數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)度關(guān)系如圖4所示。

圖4 仿真過程與數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)度關(guān)系

作戰(zhàn)想定數(shù)據(jù)庫(kù)讀取的作戰(zhàn)想定文件包含仿真系統(tǒng)初始化所需的數(shù)據(jù)信息索引，仿真開始后，根據(jù)索引對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、裝備數(shù)據(jù)庫(kù)和環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行逐層檢索，解析所需數(shù)據(jù)，最終完成分系統(tǒng)的初始化；仿真系統(tǒng)運(yùn)行至結(jié)束的過程中，調(diào)用模型庫(kù)和算法庫(kù)中的仿真模型、仿真算法以及評(píng)估模型；仿真運(yùn)行過程中重要的數(shù)據(jù)被記錄并保存至仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，仿真結(jié)束后的分析評(píng)估結(jié)果被保存到仿真結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。

4 雷達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

雷達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與雷達(dá)的分類方式密切相關(guān)?，F(xiàn)代雷達(dá)的分類方法多種多樣，按采用的體制和技術(shù)來分，可分為脈沖雷達(dá)、連續(xù)波雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)等；按戰(zhàn)術(shù)用途來分類可分為戰(zhàn)略預(yù)警雷達(dá)、警戒引導(dǎo)雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)等；還有根據(jù)天線類型、掃描類型分類的方法。另外還要考慮到每一具體型號(hào)的雷達(dá)常常具有多種抗干擾的工作模式。如何對(duì)不同工作體制、不同功能、具有多種工作模式的雷達(dá)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，并且能夠適應(yīng)實(shí)際中雷達(dá)種類的變化適時(shí)更新，這是要解決的主要問題。

4.1 面向?qū)ο蟮睦走_(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

雷達(dá)系統(tǒng)的基本組成包括天線分系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)、接收機(jī)分系統(tǒng)、信號(hào)處理分系統(tǒng)和終端分系統(tǒng)等基本組成部分（除少數(shù)雷達(dá)如無源雷達(dá)等）。各分系統(tǒng)參數(shù)和性能的不同導(dǎo)致雷達(dá)技術(shù)體制或功能的不同，從而采用不同名稱。因此，應(yīng)用面向?qū)ο蟮乃枷隱4]，可以將雷達(dá)系統(tǒng)的各分系統(tǒng)視為相對(duì)獨(dú)立的對(duì)象，分別建立數(shù)據(jù)表進(jìn)行數(shù)據(jù)描述。如果分系統(tǒng)的某些參數(shù)描述復(fù)雜且獨(dú)立性較強(qiáng)，可以同樣視為獨(dú)立對(duì)象，建立下一級(jí)數(shù)據(jù)表并與該分系統(tǒng)數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)。這樣，對(duì)象的重復(fù)使用，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)描述，實(shí)現(xiàn)了屬性結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化定義，符合人們的思維習(xí)慣，便于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。雷達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)表關(guān)系圖如圖5所示。[5-6]

圖5 雷達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)表關(guān)系圖

以雷達(dá)信息表為例，向下關(guān)聯(lián)連續(xù)波體制表和脈沖體制表等，脈沖體制表又向下關(guān)聯(lián)PRI 正弦調(diào)制表等。圖6表示了查詢PRI 調(diào)制頻率值的流程。

圖6 PRI 調(diào)制頻率值檢索流程

根據(jù)雷達(dá)信息表的“信號(hào)體制”字段內(nèi)容“脈沖體制”定位下一級(jí)脈沖體制數(shù)據(jù)表；根據(jù)“信號(hào)體制編號(hào)”字段內(nèi)容定位脈沖體制數(shù)據(jù)表中的條目；根據(jù)“PRI類型”字段內(nèi)容定位下一級(jí)PRI 正弦調(diào)制數(shù)據(jù)表；根據(jù)“PRI 編號(hào)”字段內(nèi)容定位PRI 正弦調(diào)制數(shù)據(jù)表中條目，最終得到表中PRI的正弦調(diào)制的頻率值。

從圖5中可以看出，以雷達(dá)的編號(hào)為索引，通過載體平臺(tái)、信號(hào)體制、發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)和信號(hào)處理機(jī)這一級(jí)數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)完成了雷達(dá)對(duì)抗仿真實(shí)體的初步描述，進(jìn)一步的數(shù)據(jù)信息通過字段中的數(shù)據(jù)完成對(duì)下一級(jí)數(shù)據(jù)表的索引和條目定位。這種數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法最主要的優(yōu)點(diǎn)就是擴(kuò)展性好。雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)的程序開發(fā)過程中或后期使用中常常需要增加新的雷達(dá)參數(shù)，這些參數(shù)一定可以歸屬于雷達(dá)的各個(gè)分系統(tǒng)中。歸屬方式有兩種情況，第一種情況：新增參數(shù)可以直接歸屬于現(xiàn)有某數(shù)據(jù)表中，則增加該表的字段進(jìn)行描述，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上只需要維護(hù)該表的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問方法；第二種情況：新增參數(shù)包含多種類型，每種類型需要不同的參數(shù)描述，則不可以直接歸屬于現(xiàn)有數(shù)據(jù)表中，通過在相關(guān)數(shù)據(jù)表中增加類型索引字段，并增加新數(shù)據(jù)表存放各類型的參數(shù)，軟件設(shè)計(jì)上增加一段獨(dú)立性和封裝性較強(qiáng)的代碼訪問新數(shù)據(jù)表，維護(hù)新增字段表的代碼。這樣就很大程度上減小了新增雷達(dá)模型或參數(shù)對(duì)仿真系統(tǒng)框架的影響，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的效率。

4.2 ADO技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)

設(shè)計(jì)的雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)是在Visual C++6.0開發(fā)平臺(tái)上開發(fā)的，VC++中提供了多種訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)，包括ODBC、MFC ODBC、DAO、RDO、OLE DB、ADO，[7]其中ADO技術(shù)是一種訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的高層接口，它基于OLE DB，并對(duì)OLE DB的接口進(jìn)行了封裝，定義了ADO 對(duì)象，使程序的開發(fā)得到了大大的簡(jiǎn)化。考慮到ADO技術(shù)調(diào)度速度快、平臺(tái)移植性好等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問。Connection、Command、Recordset 對(duì)象是ADO 對(duì)象中最常用的對(duì)象：

Connection 對(duì)象：用來建立客戶機(jī)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接以及處理一些命令和事務(wù)；

Command 對(duì)象：用于處理傳遞給數(shù)據(jù)源的命令；

Recordset 對(duì)象：用于處理數(shù)據(jù)的表格集，如獲取修改數(shù)據(jù)。

為了方便數(shù)據(jù)庫(kù)操作，將上述三個(gè)對(duì)象封裝進(jìn)了兩個(gè)類CADODatabase 和CADORecordset 中。CADODatabase類包含 Connection 對(duì)象指針，CADORecordset 包含 Command 對(duì)象指針和Recordset 對(duì)象指針。調(diào)用這兩個(gè)類時(shí)，聲明兩個(gè)對(duì)象指針m_pDatabase 和m_pRecordset，即可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行增、刪、改、查操作。

5 雷達(dá)對(duì)抗仿真實(shí)例分析

基于上述數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)開發(fā)的雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)二維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行界面如圖7所示。[8]

該實(shí)例中的對(duì)抗兵力模型包括干擾機(jī)1、干擾機(jī)2、艦艇1 和艦艇2，兩艦艇上各設(shè)置一部搜索雷達(dá)。仿真中假設(shè)干擾機(jī)的頻率范圍已覆蓋艦載雷達(dá)的頻率，并且干擾方向?yàn)槿?60°，因此干擾機(jī)功率參數(shù)和增益參數(shù)在對(duì)抗算法解算中取二者的乘積值，即全向等效輻射功率。對(duì)抗兵力模型參數(shù)如表1、表2所示。

圖7 雷達(dá)對(duì)抗仿真二維態(tài)勢(shì)顯示

表1 干擾機(jī)模型參數(shù)表

表2 艦艇及其雷達(dá)模型參數(shù)表

圖7中兩條閉合白色虛線分別表示艦載雷達(dá)的探測(cè)區(qū)域邊界，當(dāng)雷達(dá)目標(biāo)處于該邊界范圍之內(nèi)時(shí)，雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)；當(dāng)雷達(dá)目標(biāo)處于該邊界范圍之外時(shí)，雷達(dá)不能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。仿真開始后，各仿真兵力按照各自預(yù)設(shè)路徑軌跡運(yùn)動(dòng)，雷達(dá)發(fā)射波束的天線方向圖分別以天線轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，方向圖主瓣的頂點(diǎn)落在雷達(dá)探測(cè)區(qū)域邊界上；兩架干擾機(jī)同時(shí)對(duì)兩艘艦艇上的雷達(dá)進(jìn)行噪聲壓制干擾，雷達(dá)的探測(cè)區(qū)域出現(xiàn)不同程度的縮小，特別在兩架干擾機(jī)方向上，艦艇1和艦艇2 平臺(tái)上的雷達(dá)探測(cè)距離大幅減小。這樣干擾機(jī)就能夠?yàn)楦蓴_方提供一定的支援干擾，掩護(hù)其他作戰(zhàn)兵力接近敵方艦船，遂行作戰(zhàn)任務(wù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，數(shù)據(jù)庫(kù)是仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)影響系統(tǒng)的總體性能和可擴(kuò)展性。針對(duì)這一問題應(yīng)用面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，并以雷達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。最后給出了一個(gè)在此基礎(chǔ)上建立的雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)的仿真實(shí)例。由于目前雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要工作是構(gòu)建具備一定通用性的系統(tǒng)框架，采用的算法比較簡(jiǎn)單，還有很多研究工作需要進(jìn)一步深入。但從工程應(yīng)用的角度看，將現(xiàn)有理論算法轉(zhuǎn)化為直觀的戰(zhàn)場(chǎng)推演仿真過程有助于現(xiàn)代電子戰(zhàn)環(huán)境下指揮員對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的準(zhǔn)確判斷、科學(xué)決策、電子戰(zhàn)力量的合理部署和調(diào)配，具有很好的實(shí)踐意義。進(jìn)一步的工作主要包括：豐富仿真雷達(dá)類型、干擾樣式，研究多干擾樣式、雷達(dá)組網(wǎng)抗干擾等復(fù)雜電磁環(huán)境中的情形。

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