一种适用于低频辐射信号的滤波方法

罗琴

（江西科技学院 信息工程学院，江西 南昌 330098）

一种适用于低频辐射信号的滤波方法

罗琴

（江西科技学院 信息工程学院，江西 南昌 330098）

对于低频雷达目标，反辐射导引头测量的导引信号中含有较多的噪声信号，为得到高信噪比的导引信号，就需要剔除导引头测量信号中的噪声部分。在现有滤波器的基础上，引入非线性环节处理方法，依据多路径效应理论，对导引头测量原始信号中的噪声部分进行动态限幅处理，从而能够提高导引信号的信噪比。针对非线性环节处理方法，使用基于靶试数据的数学仿真及试验室半实物仿真对其进行验证，结果表明所提方法能够提高反辐射导引头测量信号的信噪比。

反辐射导引头；低频信号；非线性；滤波器

0 引言

反辐射武器包括反辐射导弹和反辐射无人机，主要用来摧毁敌方雷达及其它辐射源目标。被动雷达导引头是反辐射武器的核心部件，它具有准确探测、捕获并稳定跟踪辐射源目标的能力。但战场环境的复杂性，如雷达周围地形、地面物体对电磁波传播的影响，使得被动雷达导引头不仅侦收到雷达信号直达波，而且也会接收到经地面、海面或其它物体反射后形成的多径信号。多路径效应会影响被动雷达导引头截获和跟踪目标雷达的性能，从而导致反辐射武器脱靶量加大[1-2]。

针对多路径效应对被动雷达导引头性能的影响，文献[3]根据脉冲前沿到达时间差分布情况，使用脉冲前沿跟踪技术用以提高被动雷达导引头在多路径环境下的定向和测角能力。此外，有学者从不同角度提出了减小多路径效应对被动雷达导引头性能影响的方法[4-6]。

本文采用非线性处理方法对导引头原始测量信号进行处理，在保证导引信号精度的前提下，尽量降低送给滤波器的角速度采样门限，以减小多路径效应对被动雷达导引头性能的影响，从而提高信噪比，降低脱靶量。

1 多路径效应影响

反辐射武器在俯冲攻击目标时,由于目标周围地面及物体等反射波的影响，被动雷达导引头的接收信号是目标辐射信号和环境反射信号的叠加量。该叠加信号进入被动雷达导引头天线后，引起跟踪误差信号在幅值和相位上的变化，这就相当于目标和其虚拟像之间发生角闪烁，从而导致被动雷达导引头跟踪目标的精度降低。严重的情况下，导引头天线会出现剧烈抖动，造成目标跟踪失效。

由以上分析能够看出，多路径效应对被动雷达导引头的影响主要有以下几个方面：

1.1 测角误差

多路径效应使得导引头天线不能够准确地指向目标，即导引头测角误差信号不为零。为了消除测角误差信号，导引头天线需要偏转一个角度，以与多路径效应引起的偏差信号抵消，该偏转角度就是测角误差。

1.2 导引头天线抖动

由于测角误差是多路径效应引起的，且它随弹-目距离及目标周围环境的不同而变化，导引头天线需要实时偏转以对准目标，从而引起导引头天线抖动，甚至可能导致导引头丢失目标。

1.3 有用信号减小

导引头天线接收到的是目标辐射有用信号和地面反射噪声信号的叠加信号，它们之间存在相位差，相位差越大，导引头天线接收到的有用信号越小。

综上，多路径效应影响反辐射武器导引头的性能，为提高弹道品质和命中精度，需要采取有效的技术措施来降低多路径效应对被动雷达导引头的影响。

2 非线性处理技术

2.1 理论依据

当前，阻止多径信号进入导引头天线、消除多径信号影响和估计出目标参数是学者们研究比较多的减小多路径效应的技术途径[7-10]。

对整个制导系统来说，被动雷达导引头输出信号送给制导回路供其形成导引指令使用，由于导引头输出信号中含有多径造成的噪声信号，使得导引指令偏离理论值，从而把反辐射武器带离理论弹道，造成攻击精度降低。

在保证目标辐射信号能够被包含的前提下，尽量减小被动雷达导引头输出信号的门限，以减小多路径反射波进入制导回路的比例。针对雷达导引头输出信号中因多路径造成的噪声信号，本文使用非线性处理技术对噪声信号进行去除，最大程度减小导引头输出信号中噪声信号的比例，以提高导引信号的信噪比。

2.2 非线性结构

由以上分析可知，减小被动雷达导引头输出信号中因多路径产生的噪声信号能够提高导引信号精度，非线性环节的作用就是限制导引头输出信号中的噪声信号。由于多路径效应随目标周围环境、反辐射武器姿态和相对距离等因素变化。因此，非线性环节应能够实时跟随多路径效应的变化，动态调整对噪声信号的限制门限。非线性环节在制导系统中的位置如下图1所示。

图1 非线性环节在制导系统中位置

上图1中，⑴表示被动雷达导引头输出信号；⑵表示经过非线性环节处理之后的信号；⑶表示经过滤波之后供制导回路使用的导引信号。

依据非线性环节的作用，借鉴工程经验，可用下式对其功能进行表示：

上式中，M表示对导引头输出原始信号的限幅门限值，dq表示实时理论视线角速度，R表示反辐射武器与目标的距离，EB是导引头俯仰框架角；R'与EB'分别表示制导回路接入导引信号时刻的相应参数值，k1与k2为可调节的正值常量参数。

为了得到较好的非线性环节滤波效果，上述表示反辐射武器-目标距离与导引头俯仰框架角权重的参数k1与k2，需要做大量的数学仿真才能确定最优值。得到最优值后，使用该组参数进行半实物仿真，观察弹道特性及脱靶量。

3 仿真验证

按照公式（1）中的非线性环节处理方法，在经过大量数学仿真得到k1与k2值的基础上，使用某型反辐射武器的外场靶试数据，以靶试中的理论视线角速度为判别标准，对非线性处理环节的有效性进行验证。

3.1 仿真条件

1、仿真数据使用某型反辐射武器在外场靶试试验时，导引头获得的低频雷达目标原始信号（低频雷达信号的信噪比较低）；

2、使用公式（1）中的模型对导引头输出送往制导滤波器的原始信号进行非线性环节处理；

3、依据反辐射武器飞行过程中的实时经纬度、速度、高度和目标位置等信息计算出理论视线角速度；

4、制导滤波器选用带宽为0.9Hz的三阶低通滤波器。

为验证非线性处理对提高导引信号品质的作用，另外做一组对比仿真（即采用相同的原始数据，去掉非线性处理环节，使用同样的制导滤波器对导引信号进行处理）。

3.2 仿真结果

利用Matlab/simink中的模块搭建方法，构建的仿真结构示意图如下：

图2 仿真结构示意图

按上图进行仿真，输入为导引头测量到的视线角速度（原始数据），得到以下仿真结果。

3.2.1 导引头测量的视线角速度

图3 导引头测量的视线角速度

3.2.2 经过滤波器之后的视线角速度

图4 滤波之后的视线角速度

3.2.3 与理论视线角速度比较

3.2.4 均值、方差和脱靶量（半实物）比较

图2仿真得到的视线角速度及理论视线角速度的均值和方差见下表1。

表1 视线角速度的均值和方差

3.3 结果分析

由仿真结果中的图3～图5及表1分析可知：导引头输出的原始信号中的噪声较严重，所需导引信号淹没在其中，信号滤波是提高其信噪比的有效手段。单纯的三阶低通滤波器虽然能够去除大量噪声，但其输出信号的均值偏离理论值较远，且信号的方差较大。加入非线性环节之后，相同滤波器输出信号的均值更接近理论值，且信号的方差更小，从而既保证了末段攻击弹道品质，又能提高命中精度。

图5 非线性环节滤波值与理论值比较

4 总结

反辐射武器是对敌方雷达和其他辐射源进行硬杀伤的有效手段，也是进行电子战的有效武器。然而，低频雷达信号的信噪比较低，对反辐射武器来说，采用何种方法提高导引头输出信号的信噪比是当前研究的难点。

本文依据工程实践经验，提出了一种非线性环节处理方式，仿真验证结果证明，它能够提高导引头输出信号的信噪比，对提高反辐射武器的命中精度具有一定的工程应用意义。

[1]任子西.多路径效应对反辐射导弹被动雷达导引头性能的影响分析[J].战术导弹技术,2009(3)：1-5.

[2]陈鑫，王浩丞，唐勇，符为.多径环境中被动雷达导引头测向性能分析[J].电子信息对抗技术，2011，26(4)：1-4.

[3]王晨阳，董文锋，王正国.反辐射导引头在多信号环境下的定向能力分析 [J].空军雷达学院学报，2009，23(6)：423-428.

[4]吴海，刘艳苹.一种解决多路径效应影响的方法[J].现代雷达，2007(05).

[5]于智春，李中伟，卢长海.降低多路径效应影响的研究[J].现代电子技术，2010(01).

[6]朱庆和.克服多路径效应的自适应偏轴跟踪方法[J].火力与指挥控制，2000(04).

[7]耿文东，王元钦，张若禹.雷达组网减小多路径效应影响的探讨[J].现代雷达，2006，28(4)：11-13.

[8]孙国平.雷达低角跟踪[J].舰船电子对抗，2007，30(3)：49-51.

[9]刘继东，吴金亮，孙书恩.某单脉冲雷达多路径仰角跟踪误差建模与计算[J].装备指挥技术学院学报，2007,18(1)：83-86.

[10]朱志宇，张冰，王建华.舰载雷达多路径效应仿真研究[J].船舶，2005(2)：47-50.

（责任编辑：陈 辉）

A Filtering Method Suitable for Low Frequency Radiation Signal

LUO Qin
(Information Engineering Institute,Jiangxi University of Technology,Nanchang 330098,China)

For the low frequency radar target,guidance signal gathered by anti-radiation seeker contains many noisy signals,in order to obtain high quality signal with low noise ratio,we need to eliminate the noise in the measured signal of the seeker.On the basis of the existing filter,introducing the nonlinear link processing method and the multi path effect theory,the noise seeker measurement in the original signal dynamically limiting process can improve the signal-to-noise ratio of guidance signal.Aiming at the nonlinear link processing method,using the hardware in the loop simulation validated the mathematical simulation and laboratory based data,results show that the proposed method can improve the signal-to-noise ratio of anti-radiation seeker signal measurement.

anti-radiation seeker;low frequency signal;nonlinear;filter

TN713

A

123（2014）01-0042-04

2013-04-03

罗琴（1983-），女，江西抚州人，江西科技学院信息工程学院，讲师，工学硕士。

研究方向：信号处理、网络与信息系统安全。

2012年江西科技学院“校级自然科学研究”项目“无线传感器网络中基于模糊的能量均衡路由协议”（NO.ZR12YB10）。