基于α、β濾波的塔康距離跟蹤算法

趙飛 韓衛杰

【摘 要】本文介紹了塔康測距的基本原理和基于α、β濾波原理的塔康測距的實現方法，最后根據試飛數據對采用了α、β濾波算法的試飛數據和解算距離數據進行了對比分析，從而驗證了該算法的可行性和有效性。

【關鍵詞】塔康測距；α、β濾波

中圖分類號： V243；V351.3 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）16-0249-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.115

【Abstract】This paper introduces the basic principle of TACAN distance measurement and the realization method of TACAN distance measurement based on α、β filtering，Finally，according to the test filght data and distance data calculated by α、β filtering algorithm are compared and analyzed，the feasibility and validity of the algorithm are verified.

【Key words】TACAN Distance Measuring；α、β filtering

0 引言

塔康（TACAN）系統又稱為戰術空中導航系統，是目前軍機中廣泛采用的進程導航系統。它由互相配套的機載塔康設備和地面設備組成。在地/空模式下，它能為飛行員提供飛機相對于地面塔康臺的方位和距離信息；在空/空模式下，能為飛行員提供相對于僚機的距離信息。塔康系統工作頻段為962MHz～1213MHz，共252個波道，其中相鄰波道間隔為1MHz。

1 塔康測距原理

TACAN測距采用“詢問/應答”式雙程脈沖測距原理，系統工作時，先由機載設備發出詢問脈沖對，并開始計時，詢問信號以光速C通過距離R到達地面信標天線，進入接收機。地面信標臺收到信號后，經過系統延時由發射機發出回答脈沖對，回答信號又通過距離R到達機載設備天線，進入接收機，并終止測距計時。如圖1所示，機載設備從發出詢問至接收到相應的回答所測得的總時間t為信號往返距離2R所需的傳播時間2tR與系統的固定延時t0之和，即t=2tR+t0，又因為tR=（t-t0）/2，所以飛機到地面信標的距離：

塔康系統距離測量包括：詢問脈沖產生模塊、搜索模塊、跟蹤模塊、記憶模塊和數據處理模塊，主要的流程是飛機的發射機發出詢問信號后，地面臺給出應答信號；搜索模塊在隨機填充的脈沖中挑出應答脈沖，并建立“跟蹤門”，此時轉入跟蹤狀態，跟蹤模塊根據飛機的速度調整“跟蹤門”的寬度使其能鎖定應答脈沖；距離解算模塊利用鎖定的應答脈沖計算距離數據，然后將其送到數據處理模塊進行濾波輸出；當接收機無法鎖定應答脈沖時則后進入記憶狀態，此時的輸出值為上一時刻的距離值加上速度值，在記憶狀態時搜索模塊同時進行搜索工作，如果能穩定的捕捉到應答脈沖則重新進入跟蹤狀態，否則記憶15s之后轉到搜索狀態。

2 α-β濾波原理

α-β濾波器是一種遞推濾波器，它是假設目標作勻速直線運動或者速度采樣間速度變化不大的條件下，按濾波位置和速度估值的均方誤差為最小的準則進行設計的。

α-β濾波過程包含將距離變量的兩個估值結合起來，以獲得改善的估值，在這些估值中，有一個變量是該變量的初始值，另一個是測量數據，用適當的加權系數和測量數據對初始值或當前值進行修正，即得到改善的估值，由于選擇了加權系數，使改善的估值具有最小方差，這樣，改善的估值便具有代表真距離值的最大概率。

由式（2）和式（3）組成α-β濾波器的狀態方程。

在tk+1時刻進行量測后，取得量測值Xm（k+1），當然量測值存在噪聲干擾，對tk+1時刻的狀態的α–β估計值為：

初始估值距離為進入濾波狀態前上一次最優距離，即跟蹤門內脈沖到達時間與門中值差值比較小的距離為距離估值的初始值，速度的初始估值為初始速度測量值。圖2為α-β濾波器工作流程。

α值和β值的選取取決于α、β相關器值，即每個α值和β值變化都對應一個相關器，當相關器中有三次預測距離與實測距離或預測速度與實測速度相差較大，則α值和β值進行調整。α-β濾波器是一種收斂濾波器，隨著預測距離與實測距離的差值越來越小，α值和β值選取最小的一階。建立相關器是因為防止干擾信號造成α值和β值得異常波動，進而造成距離估計值偏差。α值和β值可根據實際調試情況進行適當調整。

3 實驗結果及結論

經過對試飛數據的對比分析，其結果如圖3所示：

由圖3中對比可知，采用α β濾波后的距離曲線非常平滑，而未經過濾波的解算距離值有較多的毛刺，從而可以驗證此算法的正確性和有效性。

【參考文獻】

[1]趙明秋.塔康系統數字信號處理[D].碩士學位論文，西安：西安電子科技大學，2007.

[2]江明.基于中頻處理TACAN系統設計與實現[D].碩士學位論文，西安：西安電子科技大學，2007.

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