劉　婷　磨國瑞　聶　強　尚　煜

(西安電子工程研究所　西安　710100)

0　引言

隨著精確制導技術的飛速發(fā)展，雷達導引頭在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要性越來越突現(xiàn)，導彈總體對比例制導雷達導引頭的末端視線角速度跟蹤精度要求也越來越高。然而目標角閃爍是導致導引頭輸出視線角速度惡化的主要因素，直接制約了導彈的命中精度。尤其是在雷達和目標處于高速相對運動狀態(tài)時，角閃爍的影響更為嚴重。因此，通過抑制角閃爍提高導引頭視線角速度精度是比例制導雷達跟蹤領域中迫切需要解決的問題。

目前，傳統(tǒng)的角閃爍抑制方法分為三類[2]：一是利用雷達分集技術抑制角閃爍，主要包括時間分集、空間分集、頻率分集和極化分集。這類方法大都需要改變雷達的硬件結(jié)構(gòu)和工作模式，會大大增加雷達系統(tǒng)復雜度；二是利用距離高分辨技術抑制角閃爍，這類方法通常利用合成大帶寬技術，在提高距離分辨率的基礎上將目標上多個散射點在距離維分開，進而大大消除了各個散射點的相互干涉，從而抑角閃爍[1-3]，但是距離分辨率的提高是有限的；三是利用功率加權(quán)、中值濾波、 Kalman濾波以及角通道濾波等信號后處理方法抑制角閃爍，這類方法雖在在抑制角閃爍上有一定的效果，但仍不能滿足要求。綜上所述，僅利用三類方法中的單一類方法來抑制角閃爍來提高末制導角速度精度的效果有限，因此，要將以上三類方法進行融合考慮，并且針對不同的信號體制選擇不同的角閃爍抑制算法來提高導引頭末端視線角速度精度，從而滿足彈總體的指標要求。

目前，在毫米波末制導應用中，對雷達導引頭的通用性要求越來越高，要求雷達導引頭同時兼顧地面和海面目標打擊能力。綜上所述，本文針對地面目標和海面目標分別提出了基于距離高分辨+α-β-γ的角閃爍抑制算法和頻率捷變角閃爍抑制算法，并利用地面跑車試驗驗證了算法的有效性。

1　末制導角閃爍抑制流程

根據(jù)毫米波末制導使用要求，雷達導引頭工作模式分為對地模式和對海模式，基于地面和海面的攻擊目標尺寸，導引頭選擇不同的信號體制，地面靜目標(10m左右)采用距離高分辨的步進頻信號體制，地面運動目標和海面目標(30m左右)采用距離中分辨的脈沖壓縮-多普勒信號體制。

本文針對步進頻信號體制，在單幀信號角誤差進行功率加權(quán)的基礎上對視線角速度輸出進行α-β-γ濾波抑制角閃爍；針對脈沖壓縮-多普勒信號體制，采用頻率捷變技術對發(fā)射波形進行幀間調(diào)頻，再對頻率捷變的信號樣本進行單幀角誤差功率加權(quán)處理輸出視線角速度抑制角閃爍。具體的末制導角閃爍抑制流程如下圖所示：

2　α-β-γ濾波

本文結(jié)合角閃爍抑制的第二類方法和第三類方法，針對地面靜止目標采用距離高分辨處理，在對單幀回波信號進行角誤差功率加權(quán)的基礎上進行α-β-γ濾波來抑制角閃爍。

設目標沿著某一直線運動，tk時刻的位移、速度和加速度分別為：sk,vk,ak取狀態(tài)向量Xk=[sk,vk,ak]T，應用卡爾曼濾波方程[5]：

(1)

(2)

Pk,k-1=ΦPk-1ΦT+ΓQΓT

(3)

Kk=PkHTR-1

(4)

Pk=[I-KkH]Pk,k-1

(5)

當濾波器達到穩(wěn)態(tài)時，Pk=p為定值，由式(3)至式(5)得到：

P=[I-PHTr-1H](ΦPΦT+ΓqΓT)

(6)

假設

(7)

代入式(4)得：

(8)

于是得到：

(9)

即為目標的位移、速度、加速度的估計值sk,vk,ak。此外，為減小濾波器暫態(tài)振蕩和縮短暫態(tài)過程時間將濾波器設定為臨界阻尼狀態(tài)，由此得到α、β、γ三者的關系的一組方程：

(10)

上式中，確定α后，可推算出λ值和β、γ的值，并且當α越近0即λ越接近1時濾波阻尼越大，相反跟隨性越好平滑性越差。

3　頻率捷變

對于復雜目標，角閃爍的產(chǎn)生是由來自目標不同部位回波相對相位相干作用的結(jié)果。雷達分集技術不但增加系統(tǒng)復雜度，基于此類技術抑制角閃爍的不足之處在于將目標作為一個整體進行測量，不能將目標上不同散射點分開，仍然無法有效的避免目標各散射單元之間的相互干涉，從而也就不能從根本上有效的抑制角閃爍，抑制結(jié)果遠不能滿足末制導對雷達角跟蹤精度的要求。由于目標RCS的起伏特性與雷達工作載頻密切相關，因此可以采用頻率捷變技術改變雷達相鄰發(fā)射脈沖的載頻變化量，這樣可以大大降低相鄰回波脈沖間的相關性，近而對角閃爍起到抑制作用。在此基礎上再對頻率捷變的信號回波進行功率加權(quán)處理，可進一步抑制角閃爍[6]。

本文采用功率加權(quán)處理方法：

W(Ai)=(Ai/∑Ai)2

(11)

當接收回波是多個散射點的回波合成時，設第i個散射點的回波為：

ui(t)=vi(t)exp(j2πri(t)/λ)

(12)

式中：vi(t)為第i個散射點回波幅度，ri(t)為第i個散射點彈目距離，λ為發(fā)射信號波長。

和信號

(13)

差信號

(14)

將采用頻率捷變技術得到的回波按式 (11)進行加權(quán)處理

(15)

其中，Smik表示第k個捷變頻率時第i個散射點的回波，Aki表示第k個捷變頻率時第i個散射點回波的幅度。經(jīng)過加權(quán)后并帶入式(12)、(13)、(14)得目標角偏差的測量值[4]：

(16)

4　試驗結(jié)果與分析

單脈沖毫米雷達導引頭為Ka波段，雷達采用脈沖壓縮-多普勒模式為中分辨體制，帶寬25MHz；采用步進頻模式為高分辨體制，合成帶寬512MHz。

4.1　地面靜目標試驗

在某軍用機場，雷達導引頭架設在運動卡車上，待捕獲目標為仿形坦克目標，尺寸大約3m×8m×2.5m，RCS為30m2，尺寸和RCS與真實坦克相當。下圖為仿形坦克目實物照片：

上圖為雷達導引頭架設在運動平臺下捕獲跟蹤地面靜止仿形坦克目標的跟蹤曲線信息：其中橫軸為時間軸，縱軸分別為雷達上報彈目距離、方位視線角速度和俯仰視線角速度。雷達導引頭在900m處捕獲目標并穩(wěn)定跟蹤至盲區(qū)80m?？梢钥闯?，方位、俯仰視線角速度輸出隨距離減小逐漸變大，在接近目標區(qū)域方位、俯仰角速度輸出達到±3°/s左右，遠不能滿足彈總體對末制導精度的的指標要求。

圖3為利用本文提出的地面靜目標角閃爍抑制算法進行濾波后處理結(jié)果，對單幀角誤差進行功率加權(quán)的基礎上對視線角速度輸出進行α-β-γ濾波抑制角閃爍，可將末端方位、俯仰視線角速度峰峰值抑制至±0.5°/s左右，已能滿足總體單位的指標要求。

4.2　地面動目標試驗

地面動目標試驗是將導引頭架設在地面，利用脈沖壓縮-多普勒模式跟蹤運動卡車從300m至盲區(qū)80m關機結(jié)束。

圖4為導引頭跟蹤運動卡車從300m至盲區(qū)的彈目距離和原始視線角速度信息，可以看出，脈沖壓縮-多普勒模式原始角速度輸出峰峰值達到±8°/s，末段發(fā)生了較嚴重的角閃爍。

圖5為利用本文提出的地面運動目標角閃爍抑制算法進行處理后結(jié)果，采用脈沖壓縮-多普勒64點隨機跳頻產(chǎn)生信號樣本，再進行單幀角誤差功率加權(quán)，可以看到角速度峰峰值可控制在峰峰±0.6°/s左右，已能滿足末制導角跟蹤精度的要求。此外對海模式也采用脈沖壓縮-多普勒模式，可將此算法直接推廣至海面目標的角閃爍抑制中。

5　結(jié)束語

本文分析了角閃爍對末制導雷達導引頭角速度精度的影響，針對地面目標和海面目標采用不同的信號體制，分別提出了不同末制導角閃爍抑制算法，大大提高了雷達導引頭末制導視線角速度精度，滿足彈總體的指標要求。該算法運算量小，實時性強，具有很強的工程實用性。

參考文獻:

[1]張濤，張群等. 基于高分辨距離像的角閃爍抑制方法[J]. 西安電子科技大學學報, 2001, 28(3): 296-300.

[2]蘇宏艷，朱淮城. 毫米波雷達高分辨抑制角閃爍試驗研究[J]. 雷達科學與技術， 2007, 5(5): 335-338.

[3]趙東濤，王浩.基于角閃爍抑制的高分辨角跟蹤雷達[J]. 電子科技，2007, 23(11): 67-69.

[4]劉婷. 雷達導引頭角閃爍抑制算法研究[J].火控雷達技術，2015, 45(2): 55-59.

[5]李保國.基于目標角閃爍特性的末制導雷達跟蹤與識別技術[D]. 武漢: 國防科技大學，2005.

[6]王曉燕等. 基于頻率捷變的單脈沖雷達角閃爍抑制方法[J]. 雷達與對抗，2005, (4): 18-21.

[7]高靜.目標角閃爍建模與抑制[J]. 航空兵器，2001, (4): 4-8.

[8]周瑞青, 劉新華. 捷聯(lián)導引頭穩(wěn)定與跟蹤技術[M]，北京: 國防工業(yè)出版社，2010.