基于α、β滤波的塔康距离跟踪算法

赵飞 韩卫杰

【摘 要】本文介绍了塔康测距的基本原理和基于α、β滤波原理的塔康测距的实现方法，最后根据试飞数据对采用了α、β滤波算法的试飞数据和解算距离数据进行了对比分析，从而验证了该算法的可行性和有效性。

【关键词】塔康测距；α、β滤波

中图分类号： V243；V351.3 文献标识码： A 文章编号： 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）系统又称为战术空中导航系统，是目前军机中广泛采用的进程导航系统。它由互相配套的机载塔康设备和地面设备组成。在地/空模式下，它能为飞行员提供飞机相对于地面塔康台的方位和距离信息；在空/空模式下，能为飞行员提供相对于僚机的距离信息。塔康系统工作频段为962MHz～1213MHz，共252个波道，其中相邻波道间隔为1MHz。

1 塔康测距原理

TACAN测距采用“询问/应答”式双程脉冲测距原理，系统工作时，先由机载设备发出询问脉冲对，并开始计时，询问信号以光速C通过距离R到达地面信标天线，进入接收机。地面信标台收到信号后，经过系统延时由发射机发出回答脉冲对，回答信号又通过距离R到达机载设备天线，进入接收机，并终止测距计时。如图1所示，机载设备从发出询问至接收到相应的回答所测得的总时间t为信号往返距离2R所需的传播时间2tR与系统的固定延时t0之和，即t=2tR+t0，又因为tR=（t-t0）/2，所以飞机到地面信标的距离：

塔康系统距离测量包括：询问脉冲产生模块、搜索模块、跟踪模块、记忆模块和数据处理模块，主要的流程是飞机的发射机发出询问信号后，地面台给出应答信号；搜索模块在随机填充的脉冲中挑出应答脉冲，并建立“跟踪门”，此时转入跟踪状态，跟踪模块根据飞机的速度调整“跟踪门”的宽度使其能锁定应答脉冲；距离解算模块利用锁定的应答脉冲计算距离数据，然后将其送到数据处理模块进行滤波输出；当接收机无法锁定应答脉冲时则后进入记忆状态，此时的输出值为上一时刻的距离值加上速度值，在记忆状态时搜索模块同时进行搜索工作，如果能稳定的捕捉到应答脉冲则重新进入跟踪状态，否则记忆15s之后转到搜索状态。

2 α-β滤波原理

α-β滤波器是一种递推滤波器，它是假设目标作匀速直线运动或者速度采样间速度变化不大的条件下，按滤波位置和速度估值的均方误差为最小的准则进行设计的。

α-β滤波过程包含将距离变量的两个估值结合起来，以获得改善的估值，在这些估值中，有一个变量是该变量的初始值，另一个是测量数据，用适当的加权系数和测量数据对初始值或当前值进行修正，即得到改善的估值，由于选择了加权系数，使改善的估值具有最小方差，这样，改善的估值便具有代表真距离值的最大概率。

由式（2）和式（3）组成α-β滤波器的状态方程。

在tk+1时刻进行量测后，取得量测值Xm（k+1），当然量测值存在噪声干扰，对tk+1时刻的状态的α–β估计值为：

初始估值距离为进入滤波状态前上一次最优距离，即跟踪门内脉冲到达时间与门中值差值比较小的距离为距离估值的初始值，速度的初始估值为初始速度测量值。图2为α-β滤波器工作流程。

α值和β值的选取取决于α、β相关器值，即每个α值和β值变化都对应一个相关器，当相关器中有三次预测距离与实测距离或預测速度与实测速度相差较大，则α值和β值进行调整。α-β滤波器是一种收敛滤波器，随着预测距离与实测距离的差值越来越小，α值和β值选取最小的一阶。建立相关器是因为防止干扰信号造成α值和β值得异常波动，进而造成距离估计值偏差。α值和β值可根据实际调试情况进行适当调整。

3 实验结果及结论

经过对试飞数据的对比分析，其结果如图3所示：

由图3中对比可知，采用α β滤波后的距离曲线非常平滑，而未经过滤波的解算距离值有较多的毛刺，从而可以验证此算法的正确性和有效性。

【参考文献】

[1]赵明秋.塔康系统数字信号处理[D].硕士学位论文，西安：西安电子科技大学，2007.

[2]江明.基于中频处理TACAN系统设计与实现[D].硕士学位论文，西安：西安电子科技大学，2007.

[3]韩卫杰，赵建伟.数字化塔康测距技术的研究[J].西安： 中国电子科技集团公司第二十研究所，2012.

[4]金涛.塔康试飞大气折射效应修正[J].西安：中国飞行试验研究院，2010.

[5]龚成，郭英，齐子森.[J]塔康导航系统机载中频信号数字化技术，西安：空军工程大学，2008.