反輻射導(dǎo)引頭多徑信號處理技術(shù)

王秀君　鐘都都　唐勇　陳灝

摘 要：反輻射導(dǎo)引頭面臨的戰(zhàn)場環(huán)境日趨復(fù)雜，針對導(dǎo)引頭的多徑信號處理方法是決定導(dǎo)引頭任務(wù)成敗的關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了反輻射導(dǎo)引頭常用的多徑數(shù)據(jù)處理方法，指出每種方法的優(yōu)勢和不足，分析了對控制系統(tǒng)的主要影響因素，并提出實際綜合應(yīng)用時的注意事項。

關(guān)鍵詞：多徑；濾波；剔除

一、緒論

反輻射系統(tǒng)在電子戰(zhàn)中發(fā)揮越來越重要的作用，其中被動雷達反輻射導(dǎo)引頭由于本身不發(fā)射電磁信號，具有探測距離遠，隱身能力強等先天優(yōu)勢，已經(jīng)被各國廣泛應(yīng)用，但是被動反輻射導(dǎo)引頭也有個明顯缺點，容易受到環(huán)境影響，由于雷達所處環(huán)境地物的影響，將引起復(fù)雜的多徑效應(yīng)，惡化導(dǎo)引頭測角精度，多徑形成受雷達體制、工作頻段、雷達天線掃描狀態(tài)、雷達周圍環(huán)境等因素影響，其發(fā)生的時刻不確定、持續(xù)時間不確定、引起的測向變化幅度不確定，同時多徑與目標信號各種參數(shù)一致，經(jīng)常出現(xiàn)脈沖重疊情況，對導(dǎo)引頭測向產(chǎn)生較大誤差，甚至影響任務(wù)成敗。本文對被動反輻射導(dǎo)引系統(tǒng)典型的多徑數(shù)據(jù)處理技術(shù)進行了綜合分析。

二、野值剔除

多徑信號引起的測向誤差通常以野值形式出現(xiàn)，即其出現(xiàn)時間短，跳動幅度大，對于這種跳動信號，可以通過一定的幅度門限和持續(xù)時間有效剔除，但是野值剔除持續(xù)時間不能過長，否則會錯誤剔除真實信號，野值剔除幅度和時間要根據(jù)測向系統(tǒng)實際測向模型對不同環(huán)境的測向響應(yīng)進行具體調(diào)整，找到適合特定測向系統(tǒng)的剔除組合。我們對試驗數(shù)據(jù)不同幅度門限剔除處理數(shù)據(jù)進行對比，可以發(fā)現(xiàn)剔除后測向統(tǒng)計數(shù)據(jù)改善效果明顯見表1，但是數(shù)據(jù)平滑度不好，臺階較多，對控制系統(tǒng)動態(tài)特性有一定影響見圖1。

同樣調(diào)整剔除時間也能達到相似效果，剔除時間越長測向精度改善越明顯，實際應(yīng)用中，具體幅度門限和剔除時間要根據(jù)測向數(shù)據(jù)進行調(diào)整，根據(jù)多徑信號不同情況，可按長、中、短多徑持續(xù)時間進行分類，幅值可按大、中、小不同幅度進行分類，對不同分類的多徑模型找到適合的特定的最優(yōu)門限、時間組合值，同時需要考慮控制系統(tǒng)容忍度，在保證控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定的前提下，必要時需要使用多種組合參數(shù)以達到最佳處理效果。

三、濾波處理

野值剔除處理方法簡單實用，但是由于處理后數(shù)據(jù)通常有臺階出現(xiàn)不利于控制系統(tǒng)直接使用，因此，出現(xiàn)了濾波處理方法，可有效解決野值剔除方法帶來的弊端。信號野值通常表現(xiàn)出高頻特性，因此一般采用低通濾波器進行處理，我們用一階低通濾波器進行分析，傳遞函數(shù)如下：

由下圖2可見，濾波后數(shù)據(jù)有效去除高頻野值，而保留了信號低頻特征。濾波效果與濾波器時間常數(shù)直接相關(guān)，對不同時間常數(shù)的濾波數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，我們發(fā)現(xiàn)濾波時間常數(shù)不能太短，濾波時間常數(shù)太短沒有效果，試驗數(shù)據(jù)中濾波器時間常數(shù)取0.01的濾波效果反而變差，濾波器時間常數(shù)越長濾波效果越好見表2。

但是，濾波時間常數(shù)不能無限取大，濾波器時間常數(shù)選取不合理對控制系統(tǒng)是致命的，控制系統(tǒng)要求的是實時性，而濾波器的時間常數(shù)恰恰降低了數(shù)據(jù)實時性，對于帶有伺服系統(tǒng)的導(dǎo)引頭，控制數(shù)據(jù)滯后會影響超調(diào)量，滯后時間過大還可能引起伺服控制器振蕩發(fā)散，因此濾波器時間常數(shù)的選取要綜合考慮控制系統(tǒng)對控制數(shù)據(jù)滯后的容忍程度，在其可接受范圍內(nèi)盡量加大。通過仿真分析，導(dǎo)引頭濾波時間常數(shù)取0.055時，超調(diào)量已達到15%。下圖3為濾波時間常數(shù)取0.055時，伺服系統(tǒng)對于10度階躍的響應(yīng)曲線。

濾波處理方法的另外一個劣勢是對于通帶內(nèi)的大幅值干擾信號不能有效濾除，比如低通濾波器通常不能有效濾除低頻大幅度野值，甚至對部分低幅值信號有放大效果，因此這種情況下濾波處理沒有野值剔除方法有效，如下圖4所示。

四、實際應(yīng)用

實際應(yīng)用過程中，首先要對測向系統(tǒng)測量的多徑信號進行模型分析，提取出典型特征，建立多徑模型庫，運用上述方法對多徑模型進行仿真分析，綜合使用野值剔除和濾波處理方法，同時充分考慮控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性，通常簡單運用上述方法還不滿解決各種干擾，還需要對上述方法進行拓展應(yīng)用，比如可采用2階、3階濾波器細化濾波后數(shù)據(jù)細部特征，用以匹配特定控制系統(tǒng)要求；采用多階微分處理方法，提取低幅值長時間的多徑信號特征，用以對其進行特殊處理；為進一步降低對控制系統(tǒng)影響，對特別高的野值信號可采用比例輸出方式進行控制。在我們實際系統(tǒng)設(shè)計中，在使用野值剔除和濾波處理方法基礎(chǔ)上，需要綜合運用了上述多種方法，并在外場測試過程中不斷優(yōu)化調(diào)整各級參數(shù)，最終使導(dǎo)引信號滿足系統(tǒng)使用要求。

五、結(jié)語

本文介紹了被動反輻射導(dǎo)引頭野值剔除和濾波處理兩種典型的多徑信號處理方法，指出每種方法的優(yōu)勢和不足，分析了對控制系統(tǒng)的主要影響因素，并提出實際綜合應(yīng)用時的注意事項。反輻射導(dǎo)引頭是反輻射系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，對導(dǎo)引頭多徑數(shù)據(jù)處理方法進行深入分析、研究，對提高導(dǎo)引技術(shù)發(fā)展具有及其重要意義。

參考文獻：

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[2]楊軍，楊晨.現(xiàn)代導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計.