反輻射導引頭多徑信號處理技術

王秀君　鐘都都　唐勇　陳灝

摘 要：反輻射導引頭面臨的戰場環境日趨復雜，針對導引頭的多徑信號處理方法是決定導引頭任務成敗的關鍵技術。本文介紹了反輻射導引頭常用的多徑數據處理方法，指出每種方法的優勢和不足，分析了對控制系統的主要影響因素，并提出實際綜合應用時的注意事項。

關鍵詞：多徑；濾波；剔除

一、緒論

反輻射系統在電子戰中發揮越來越重要的作用，其中被動雷達反輻射導引頭由于本身不發射電磁信號，具有探測距離遠，隱身能力強等先天優勢，已經被各國廣泛應用，但是被動反輻射導引頭也有個明顯缺點，容易受到環境影響，由于雷達所處環境地物的影響，將引起復雜的多徑效應，惡化導引頭測角精度，多徑形成受雷達體制、工作頻段、雷達天線掃描狀態、雷達周圍環境等因素影響，其發生的時刻不確定、持續時間不確定、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一致，經常出現脈沖重疊情況，對導引頭測向產生較大誤差，甚至影響任務成敗。本文對被動反輻射導引系統典型的多徑數據處理技術進行了綜合分析。

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，即其出現時間短，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時間有效剔除，但是野值剔除持續時間不能過長，否則會錯誤剔除真實信號，野值剔除幅度和時間要根據測向系統實際測向模型對不同環境的測向響應進行具體調整，找到適合特定測向系統的剔除組合。我們對試驗數據不同幅度門限剔除處理數據進行對比，可以發現剔除后測向統計數據改善效果明顯見表1，但是數據平滑度不好，臺階較多，對控制系統動態特性有一定影響見圖1。

同樣調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，實際應用中，具體幅度門限和剔除時間要根據測向數據進行調整，根據多徑信號不同情況，可按長、中、短多徑持續時間進行分類，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門限、時間組合值，同時需要考慮控制系統容忍度，在保證控制系統工作穩定的前提下，必要時需要使用多種組合參數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，但是由于處理后數據通常有臺階出現不利于控制系統直接使用，因此，出現了濾波處理方法，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，傳遞函數如下：

由下圖2可見，濾波后數據有效去除高頻野值，而保留了信號低頻特征。濾波效果與濾波器時間常數直接相關，對不同時間常數的濾波數據進行統計，我們發現濾波時間常數不能太短，濾波時間常數太短沒有效果，試驗數據中濾波器時間常數取0.01的濾波效果反而變差，濾波器時間常數越長濾波效果越好見表2。

但是，濾波時間常數不能無限取大，濾波器時間常數選取不合理對控制系統是致命的，控制系統要求的是實時性，而濾波器的時間常數恰恰降低了數據實時性，對于帶有伺服系統的導引頭，控制數據滯后會影響超調量，滯后時間過大還可能引起伺服控制器振蕩發散，因此濾波器時間常數的選取要綜合考慮控制系統對控制數據滯后的容忍程度，在其可接受范圍內盡量加大。通過仿真分析，導引頭濾波時間常數取0.055時，超調量已達到15%。下圖3為濾波時間常數取0.055時，伺服系統對于10度階躍的響應曲線。

濾波處理方法的另外一個劣勢是對于通帶內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、實際應用

實際應用過程中，首先要對測向系統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動態響應特性，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用，比如可采用2階、3階濾波器細化濾波后數據細部特征，用以匹配特定控制系統要求；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。在我們實際系統設計中，在使用野值剔除和濾波處理方法基礎上，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化調整各級參數，最終使導引信號滿足系統使用要求。

五、結語

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

參考文獻：

[1]李一兵，司錫才.反輻射導彈導引頭濾除異步信號干擾的研究.哈爾濱工程大學學報，1999，20（1）.

[2]楊軍，楊晨.現代導彈制導控制系統設計.