CN104133210A - 一种导引头跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种导引头跟踪方法，该方法是在进行回波信号处理时，根据目标相对的运动状态设置灵活可调的杂波墙，对杂波信号进行抑制；在回波信号进入窄带滤波器前，增加窗函数电路进行调制，使得信号的上升沿和下降沿变缓，达到提高超短持续照射时间的半主动导引头在强杂波环境下有效探测与稳定跟踪低空飞行目标能力的目的。

Description

一种导引头跟踪方法

技术领域

本发明属于半主动雷达导引头设计领域，特别是涉及一种在超短持续照射时间条件下，强杂波环境中的半主动雷达导引头检测跟踪目标信号的方法。

背景技术

半主动雷达导引头是一种通过接收目标反射的地（海）面雷达照射信号，对目标进行探测和跟踪的弹上探测设备，在对低空飞行目标进行探测时，雷达照射信号会照射到地（海）面后形成大量的漫反射信号被导引头所接收，这些漫反射信号即为杂波信号。导引头跟踪低空飞行目标时，在杂波背景环境下，仍能够按给定的检测概率和虚警概率检测目标回波时最大可承受的杂波功率与目标回波功率之比。该功率比即为导引头的杂波下能见度（SCV）。因此，为实现导引头对低空目标的有效探测与稳定跟踪，如何确保并提高导引头的杂波下能见度（SCV）就显得至关重要了。

由上可知，杂波信号是由静止的地（海）面反射的照射信号，而目标回波信号是由飞行运动的目标反射的照射信号，二者在频域上的多普勒频移存在着差异，现有的半主动雷达导引头多利用这二者的多普勒频移不一致，从而采用高通或带阻滤波器对杂波信号进行抑制，完成对目标回波信号的提取与检测。

现有导引头回波接收机的接收处理通道示意图如图1所示，回波信号进入回波通道后，在回波接收机前级1首先通过低噪声高频放大滤波器11进行放大和滤波，然后在混频器12与导引头当前跟踪的回波多普勒频率f_d进行混频后，再进入中频处理单元2，通过窄带滤波器21和自动增益控制（AGC）放大器22，送到数字信号处理机进行目标多普勒频率的检测和跟踪。

在持续照射时间充分的条件下，可等回波接收通道在间断杂波的冲激下所产生的冲激响应消除后再进行回波信号的提取与检测，不会产生明显的影响，但当杂波信号是强信号且为超短持续照射时间的间断信号时，窄带滤波器21带宽外的杂波进入回波通道会对其带宽内产生一个较大的固定冲激响应，影响了回波截获目标，该响应频谱效果见图2所示，时域效果对比见图3所示。

图2中，左侧是杂波引起的冲击信号，右侧的单谱线信号是回波信号。由于杂波冲激响应的存在，严重影响了对回波信号的检测。图3中，图的上方是杂波连续时的回波信号，下方是杂波间断时对回波信号带来的冲激。从图3中可看出两次冲激是由于间断波门上升沿和下降沿引起的，导致回波信号品质变差，不能正常截获目标。

因此，如何解决这一冲激信号的影响，是提高超短持续照射时间的半主动雷达导引头在强杂波环境下有效探测与稳定跟踪低空飞行目标能力的关键。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种在强杂波环境干扰条件下的导引头跟踪方法，该方法通过在进行回波信号处理时，根据目标相对照射雷达的运动状态设置灵活可调的杂波墙，以及增加窗函数电路进行调制，达到了提高超短持续照射时间的半主动雷达导引头在强杂波环境下有效探测与稳定跟踪低空飞行目标能力的目的

本发明主要通过以下技术方案予以实现：

本发明所述的一种导引头跟踪方法，在导引头回波接受机的中频处理单元中依次设置窗函数处理电路、窄带滤波器、自动增益控制放大器，使回波信号依次经过窗函数处理电路的窗函数处理、窄带滤波器的杂波墙处理、自动增益控制放大器的增益放大处理；具体跟踪过程为：

步骤一、设定中心频率：拦截器的中心信息处理器实时根据拦截器飞行速度及相对于目标的位置关系，确定半主动雷达导引头所接收到的主瓣杂波信号的中心多普勒频率，形成“杂波预定频率f_dz”指令发送给半主动雷达导引头；

步骤二、设置杂波墙：半主动雷达导引头根据中心信息处理器所传来的“杂波预定频率”指令，结合“高速/低速目标”状态和“迎击/尾追”状态，设置杂波墙，对频率不大于杂波墙频率的信号进行抑制；

步骤三、回波信号处理：导引头接收的回波信号依次经过回波接收机前级中的低噪声高频放大滤波器、混频器和中频处理单元中的窗函数处理电路、窄带滤波器、自动增益控制放大器处理；

所述窗函数处理电路对回波信号进行加窗，使信号的上升沿和下降沿变缓，以此消除窄带滤波器带宽外的杂波对其带宽内产生一个较大的固定冲激响应的影响。

所述步骤二中，杂波墙设置方法为：

①当目标为“高速目标”状态和“迎击”状态时，设置杂波墙频率为采用高通滤波器对不大于杂波墙频率的信号进行抑制，式中Δf_dz1为杂波频率计算误差，Δf_dz2为主瓣杂波半功率带宽；

②当目标为“低速目标”状态和“迎击”状态时，设置杂波墙频率为f_dz，采用高通滤波器对不大于杂波墙频率的信号进行抑制；

③当目标为“尾追”状态时，取消杂波墙频率，对全频段信号均不进行抑制。

所述步骤一中确定半主动雷达导引头所接收到的主瓣杂波信号的中心多普勒频率的方法为：

所述窗函数处理电路中对回波信号进行加窗的窗函数为： $U\left(t\right)=A\left(t\right)\mathrm{co}{s}^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{T}t\right).$

本发明的有益效果在于：

本发明可使半主动雷达导引头在跟踪低空目标时，有效抑制杂波信号对半主动雷达导引头的影响，从而达到提高半主动雷达导引头有效探测并稳定跟踪真实目标的目的，导引头在超短持续照射时间的间断连续波体制下，能够稳定截获和跟踪低空目标信号。

附图说明

图1为现有导引头回波接收机的接收处理通道示意图；

图2为现有导引头在超短持续照射时间条件下，杂波信号在图1中窄带滤波器21带内引起的冲激响应频谱效果图，图中横轴表示多普勒频率，纵轴表示信号能量，左方的谱线为杂波引起的冲激响应信号，右侧的单谱线信号是回波信号；

图3为现有导引头在超短持续照射时间条件下，杂波信号在图1中窄带滤波器21带内引起的冲激响应时域效果对比图，图中横轴表示时间，纵轴表示信号振幅，上方是杂波连续时的回波信号，下方是杂波间断时的回波信号；

图4为本发明改进的导引头回波接收机的接收处理通道示意图；

图5为本发明的导引头在超短持续照射时间条件下，杂波信号在图4中窄带滤波器21带内引起的冲激响应频谱效果图，图中横轴表示多普勒频率，纵轴表示信号能量，左方的谱线为杂波引起的冲激响应信号，右侧的单谱线信号是回波信号；

图6为本发明的导引头在超短持续照射时间条件下，杂波信号在图4中窄带滤波器21带内引起的冲激响应时域效果对比图，图中横轴表示时间，纵轴表示信号振幅，上方是杂波连续时加窗后的回波信号，下方是杂波间断时加窗后的回波信号；

图中：1-回波接收机前级，11-低噪声高频放大滤波器，12-混频器，2-中频处理单元，20-窗函数处理电路，21-窄带滤波器，22-自动增益控制放大器，f_d-导引头跟踪的回波多普勒频率。

具体实施方式

以下通过实施例形式，对本发明的内容作进一步详细说明。

如图1至图3所示，现有导引头回波接收机的接收处理过程，回波信号进入回波通道后，在回波接收机前级1首先通过低噪声高频放大滤波器11进行放大和滤波，然后在混频器12与导引头当前跟踪的回波多普勒频率f_d进行混频后，再进入中频处理单元2，通过窄带滤波器21和自动增益控制（AGC）放大器22，送到数字信号处理机进行目标多普勒频率的检测和跟踪。

在持续照射时间充分的条件下，可等回波接收通道在间断杂波的冲激下所产生的冲激响应消除后再进行回波信号的提取与检测，不会产生明显的影响，但当杂波信号是强信号且为超短持续照射时间的间断信号时，窄带滤波器21带宽外的杂波进入回波通道会对其带宽内产生一个较大的固定冲激响应，影响了回波截获目标。

图2中，左侧是杂波引起的冲击信号，右侧的单谱线信号是回波信号。由于杂波冲激响应的存在，严重影响了对回波信号的检测。

图3中，图的上方是杂波连续时的回波信号，下方是杂波间断时对回波信号带来的冲激，可看出两次冲激是由于间断波门上升沿和下降沿引起的，导致回波信号品质变差，不能正常截获目标。

本发明提供如图4至图6所示的一种导引头跟踪方法在导引头回波接受机的中频处理单元2中依次设置窗函数处理电路20、窄带滤波器21、自动增益控制放大器22，使回波信号依次经过窗函数处理电路20的窗函数处理、窄带滤波器21的杂波墙处理、自动增益控制放大器22的增益放大处理；所述窗函数处理电路20可单独设置，也可设置在窄带滤波器21中，但设置在窄带滤波器21中时功能上应不影响窄带滤波器21的杂波墙处理功能；具体跟踪过程为：

步骤一，设定中心频率：拦截器的中心信息处理器实时根据拦截器飞行速度及相对于目标的位置关系，解算半主动雷达导引头所接收到的主瓣杂波信号的中心多普勒频率，解算公式为：

$f_{\mathrm{dz}}=\frac{{\stackrel{.}{R}}_d+V_d\cos \mathrm{\θ}}{\mathrm{\λ}}......\left(\right)$

式中f_dz为主瓣杂波信号的中心多普勒频率，为拦截器相对于照射雷达的径向速度，V_d为拦截器飞行速度，θ为拦截器飞行速度方向与弹目连线方向的夹角，λ为照射信号波长，

按照解算所得的主瓣杂波信号的中心多普勒频率f_dz形成“杂波预定频率f_dz”指令发送给半主动雷达导引头。

步骤二，导引头根据中心信息处理器所传来的“杂波预定频率”指令，结合“高速/低速目标”状态和“迎击/尾追”状态，设置杂波墙，对频率不大于杂波墙频率的信号进行抑制；

①当目标为“高速目标”状态和“迎击”状态时，设置杂波墙频率为f_dz+3kHz，采用高通滤波器对不大于杂波墙频率的信号进行抑制；

②当目标为“低速目标”状态和“迎击”状态时，设置杂波墙频率为f_dz，采用高通滤波器对不大于杂波墙频率的信号进行抑制；

③当目标为“尾追”状态时，取消杂波墙频率，对全频段信号均不进行抑制；

步骤三，在回波接收通道内增加窗函数处理电路20，回波信号进入窄带滤波器前，通过电路对信号进行加窗，使信号的上升沿和下降沿变缓，以此消除窄带滤波器21带宽外的杂波对其带宽内产生一个较大的固定冲激响应的影响。本方案中所采用的窗函数为：

$U\left(t\right)=A\left(t\right)\mathrm{co}{s}^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{T}t\right)......\left(\right)$

式中，t表示时间，U(t)为窗函数输出信号的时域表达式，A(t)为窗函数输入信号的时域表达式，T为间断连续波的持续照射时间，在1ms超短持续照射时间条件下T取为0.001s。

某拦截器信号系统未采用本发明所述的制导方法前，导引头在1ms超短持续照射时间的间断连续波体制下，不能稳定截获和跟踪低空目标信号，杂波下能见度不到20dB；采用本发明提供的技术方案后，导引头在1ms超短持续照射时间的间断连续波体制下，能够稳定截获和跟踪低空目标信号，杂波下能见度优于43dB。

Claims (4)

1.一种导引头跟踪方法，其特征是：在导引头回波接受机的中频处理单元（2）中依次设置窗函数处理电路（20）、窄带滤波器（21）、自动增益控制放大器（22），使回波信号依次经过窗函数处理电路（20）的窗函数处理、窄带滤波器（21）的杂波墙处理、自动增益控制放大器（22）的增益放大处理；具体跟踪过程为：

步骤一、设定中心频率：拦截器的中心信息处理器实时根据拦截器飞行速度及相对于目标的位置关系，确定半主动雷达导引头所接收到的主瓣杂波信号的中心多普勒频率，形成“杂波预定频率f_dz”指令发送给半主动雷达导引头；

步骤二、设置杂波墙：半主动雷达导引头根据中心信息处理器所传来的“杂波预定频率”指令，结合“高速/低速目标”状态和“迎击/尾追”状态，设置杂波墙，对频率不大于杂波墙频率的信号进行抑制；

步骤三、回波信号处理：导引头接收的回波信号依次经过回波接收机前级（1）中的低噪声高频放大滤波器（11）、混频器（12）和中频处理单元（2）中的窗函数处理电路（20）、窄带滤波器（21）、自动增益控制放大器（22）处理；

所述窗函数处理电路（20）对回波信号进行加窗，使信号的上升沿和下降沿变缓，以此消除窄带滤波器（21）带宽外的杂波对其带宽内产生一个较大的固定冲激响应的影响。

2.根据权利要求1所述的导引头跟踪方法，其特征在于：所述步骤二中，杂波墙设置方法为：

①当目标为“高速目标”状态和“迎击”状态时，设置杂波墙频率为采用高通滤波器对不大于杂波墙频率的信号进行抑制，式中Δf_dz1为杂波频率计算误差，Δf_dz2为主瓣杂波半功率带宽；

②当目标为“低速目标”状态和“迎击”状态时，设置杂波墙频率为f_dz，采用高通滤波器对不大于杂波墙频率的信号进行抑制；

③当目标为“尾追”状态时，取消杂波墙频率，对全频段信号均不进行抑制。

3.根据权利要求1所述的导引头跟踪方法，其特征在于：所述步骤一中确定半主动雷达导引头所接收到的主瓣杂波信号的中心多普勒频率的方法为： $f_{\mathrm{dz}}=\frac{{\stackrel{.}{R}}_d+V_d\cos \mathrm{\θ}}{\mathrm{\λ}}.$

4.根据权利要求1所述的导引头跟踪方法，其特征在于：所述窗函数处理电路（20）中对回波信号进行加窗的窗函数为： $U\left(t\right)=A\left(t\right)\mathrm{co}{s}^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{T}t\right).$