反辐射导引头多径信号处理技术

王秀君　钟都都　唐勇　陈灝

摘 要：反辐射导引头面临的战场环境日趋复杂，针对导引头的多径信号处理方法是决定导引头任务成败的关键技术。本文介绍了反辐射导引头常用的多径数据处理方法，指出每种方法的优势和不足，分析了对控制系统的主要影响因素，并提出实际综合应用时的注意事项。

关键词：多径；滤波；剔除

一、绪论

反辐射系统在电子战中发挥越来越重要的作用，其中被动雷达反辐射导引头由于本身不发射电磁信号，具有探测距离远，隐身能力强等先天优势，已经被各国广泛应用，但是被动反辐射导引头也有个明显缺点，容易受到环境影响，由于雷达所处环境地物的影响，将引起复杂的多径效应，恶化导引头测角精度，多径形成受雷达体制、工作频段、雷达天线扫描状态、雷达周围环境等因素影响，其发生的时刻不确定、持续时间不确定、引起的测向变化幅度不确定，同时多径与目标信号各种参数一致，经常出现脉冲重叠情况，对导引头测向产生较大误差，甚至影響任务成败。本文对被动反辐射导引系统典型的多径数据处理技术进行了综合分析。

二、野值剔除

多径信号引起的测向误差通常以野值形式出现，即其出现时间短，跳动幅度大，对于这种跳动信号，可以通过一定的幅度门限和持续时间有效剔除，但是野值剔除持续时间不能过长，否则会错误剔除真实信号，野值剔除幅度和时间要根据测向系统实际测向模型对不同环境的测向响应进行具体调整，找到适合特定测向系统的剔除组合。我们对试验数据不同幅度门限剔除处理数据进行对比，可以发现剔除后测向统计数据改善效果明显见表1，但是数据平滑度不好，台阶较多，对控制系统动态特性有一定影响见图1。

同样调整剔除时间也能达到相似效果，剔除时间越长测向精度改善越明显，实际应用中，具体幅度门限和剔除时间要根据测向数据进行调整，根据多径信号不同情况，可按长、中、短多径持续时间进行分类，幅值可按大、中、小不同幅度进行分类，对不同分类的多径模型找到适合的特定的最优门限、时间组合值，同时需要考虑控制系统容忍度，在保证控制系统工作稳定的前提下，必要时需要使用多种组合参数以达到最佳处理效果。

三、滤波处理

野值剔除处理方法简单实用，但是由于处理后数据通常有台阶出现不利于控制系统直接使用，因此，出现了滤波处理方法，可有效解决野值剔除方法带来的弊端。信号野值通常表现出高频特性，因此一般采用低通滤波器进行处理，我们用一阶低通滤波器进行分析，传递函数如下：

由下图2可见，滤波后数据有效去除高频野值，而保留了信号低频特征。滤波效果与滤波器时间常数直接相关，对不同时间常数的滤波数据进行统计，我们发现滤波时间常数不能太短，滤波时间常数太短没有效果，试验数据中滤波器时间常数取0.01的滤波效果反而变差，滤波器时间常数越长滤波效果越好见表2。

但是，滤波时间常数不能无限取大，滤波器时间常数选取不合理对控制系统是致命的，控制系统要求的是实时性，而滤波器的时间常数恰恰降低了数据实时性，对于带有伺服系统的导引头，控制数据滞后会影响超调量，滞后时间过大还可能引起伺服控制器振荡发散，因此滤波器时间常数的选取要综合考虑控制系统对控制数据滞后的容忍程度，在其可接受范围内尽量加大。通过仿真分析，导引头滤波时间常数取0.055时，超调量已达到15%。下图3为滤波时间常数取0.055时，伺服系统对于10度阶跃的响应曲线。

滤波处理方法的另外一个劣势是对于通带内的大幅值干扰信号不能有效滤除，比如低通滤波器通常不能有效滤除低频大幅度野值，甚至对部分低幅值信号有放大效果，因此这种情况下滤波处理没有野值剔除方法有效，如下图4所示。

四、实际应用

实际应用过程中，首先要对测向系统测量的多径信号进行模型分析，提取出典型特征，建立多径模型库，运用上述方法对多径模型进行仿真分析，综合使用野值剔除和滤波处理方法，同时充分考虑控制系统动态响应特性，通常简单运用上述方法还不满解决各种干扰，还需要对上述方法进行拓展应用，比如可采用2阶、3阶滤波器细化滤波后数据细部特征，用以匹配特定控制系统要求；采用多阶微分处理方法，提取低幅值长时间的多径信号特征，用以对其进行特殊处理；为进一步降低对控制系统影响，对特别高的野值信号可采用比例输出方式进行控制。在我们实际系统设计中，在使用野值剔除和滤波处理方法基础上，需要综合运用了上述多种方法，并在外场测试过程中不断优化调整各级参数，最终使导引信号满足系统使用要求。

五、结语

本文介绍了被动反辐射导引头野值剔除和滤波处理两种典型的多径信号处理方法，指出每种方法的优势和不足，分析了对控制系统的主要影响因素，并提出实际综合应用时的注意事项。反辐射导引头是反辐射系统的关键设备，对导引头多径数据处理方法进行深入分析、研究，对提高导引技术发展具有及其重要意义。

参考文献：

[1]李一兵，司锡才.反辐射导弹导引头滤除异步信号干扰的研究.哈尔滨工程大学学报，1999，20（1）.

[2]杨军，杨晨.现代导弹制导控制系统设计.