CN111190348A - 一种雷达导引头角速度优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种雷达导引头角速度优化方法，用于解决雷达导引头跟踪目标时角闪烁引起的角速度恶化问题。该方法将雷达测得方位、俯仰角误差分为两条单独支路进行处理，位标器控制支路与角速度生成支路运算互相独立。其中用于位标器控制的角误差采用αβ滤波，经过增益放大后用于控制雷达位标器完成雷达导引头闭环跟踪。用于生成制导角速度的角误差，进行基于坐标旋转的自适应滤波，再经过αβγ滤波形成最终制导用角速度。实验结果表明，采用本发明的方法可以有效提高雷达导引头近距离跟踪角速度质量，从而提高制导精度。

Description

一种雷达导引头角速度优化方法

技术领域

本发明涉及雷达导引头制导技术领域，具体涉及一种雷达导引头角速度优化方法。

背景技术

雷达末制导目前已广泛应用于弹载精确制导领域，具备全天候能力强、发射后不管等优势。雷达导引头输出角速度信息用于比例导引，角速度质量直接影响导弹命中概率。角速度产生涉及导引头闭环控制、探测精度、数据滤波等多个环节。对于坦克、车辆、舰船等扩展目标而言，雷达探测存在角闪烁的固有现象。在远距离上，由热噪声引起的角度测量误差是主要误差成分，而在近距离上，目标角闪烁引起的测角偏差占主导地位。角闪烁现象引起末段角速度失真与导引头闭环不稳定已成为制约雷达导引头制导精度的主要原因。

雷达导引头角速度提取主要过程如下：首先雷达导引头测得目标角误差，将角误差送入αβγ滤波器或进行卡尔曼滤波，将滤波后角误差作为控制信息送入导引头伺服进行闭环跟踪，同时滤波后角误差进入PID模块生成角速度，角速度作为导弹闭环信息参与制导。雷达导引头在制导过程中既要完成雷达系统本身的闭环稳定跟踪，又要生成符合导弹制导要求的角速度。αβγ滤波器在抑制快变过程中会较大的增加角速度响应时间。在实际使用中由于雷达波束具有一定宽度，为雷达导引头自身闭环跟踪提供了一定的响应冗余，因此导引头自身闭环跟踪稳定性获得了提高，但降低了导弹对目标跟踪能力。而标准卡尔曼滤波要求噪声为高斯白噪声。由于角闪烁呈现出非高斯长拖尾分布，使得卡尔曼滤波方法在处理角闪烁噪声时性能急剧下降，必须添加角闪烁预滤波使角误差白化，增加了系统的复杂度。在文献[3]中作者Edwin H.Epperson提出一种利用角闪烁相关性，通过旋转坐标分离角闪烁与真实角误差后再对角闪烁进行滤波的方法在响应速度及抑制效果方面均较为优越。如图1，该方法首先计算一定时间内的角误差分布，求出最小二乘法拟合直线斜率，在该方向上将角闪烁信息滤除，将坐标反旋后得到方位、俯仰坐标系下角误差。该方法中提取角误差信息送入导引头伺服进行雷达闭环跟踪，同时送入PID模块生成角速度用于导弹制导。上述方法在实际应用过程中存在随着弹目距离接近抑制效果逐渐变差的问题。如图2，使用上述方案的某雷达导引头逼近目标过程中角速度示意，可见极近距离上角速度输出迅速增大，峰峰值达到±1°/s。综上，通过该方法同时进行导引头闭环控制与角速度生成获得了一定程度的改善，但存在随着弹目距离接近，角速度质量下降明显。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决雷达导引头角闪烁引起的角速度恶化的问题，提出一种不改变雷达体制易于工程实现的雷达导引头角速度优化方法。

技术方案

一种雷达导引头角速度优化方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：导引头上电自检正常，接收指令正常；

步骤2：导引头开机搜索，并捕获运动中车辆目标，捕获稳定后连续测得车辆目标方位、俯仰两维角误差；

步骤3：方位、俯仰角误差同时分为两路，A路进入αβ滤波器，B路输入N帧时间滑窗缓存进行自适应滤波；

步骤4：A路滤波输出值进入闭环增益增益模块生成位标器控制指令，B路滤波输出值进入PID模块转换为角速度；

步骤5：A路输出位标器控制指令送入位标器驱动天线完成雷达自身闭环；B路输出角速度进入αβγ滤波器得到最终角速度送入导弹完成导弹闭环；

步骤6：读取工作状态是否进入盲区，进入则不再更新角速度，否则重复上述步骤1-5。

有益效果

本发明提出的一种雷达导引头角速度优化方法，将角误差信息分为单独两条支路使用不同滤波方法进行处理，位标器控制支路与角速度生成支路运算互相独立。位标器控制支路使用αβ滤波，角速度生成支路使用旋转坐标的自适应滤波；将角误差信息分为单独两条支路使用不同滤波方法进行处理，位标器控制支路与角速度生成支路运算互相独立，将导引头闭环与导弹闭环分离开来；位标器控制支路使用αβ滤波，角速度生成支路使用旋转坐标的自适应滤波，在保证制导角速度响应时间的前提下，有效提高雷达导引头近距离输出角速度质量。

附图说明

图1原雷达导引头角速度生成原理框图

图2原雷达导引头角速度示意

图3雷达导引头角速度优化原理框图

图4实施本发明后角速度示意

图5实施实例

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明主要特点是将角误差数据根据用途分为两条单独的分支。一是用于生成角速度的角误差信息，使用文献(Adaptive Glint Reduction Method And System EdwinH.Epperson US6,930,633B1 2005年8月)中滤波方法，保证导弹制导信息响应时间；二是用于控制雷达导引头闭环的角误差信息，使用单独滤波器进行处理，提高雷达导引头自身闭环跟踪稳定性，使分支一计算角闪烁相关斜率以及角误差分布中心更有效。通过上述措施，对角速度进行优化。

图3为雷达导引头角速度优化的原理框图，具体如下：

首先，天线测得目标和差路射频信号输入导引头射频模块；信号处理器处理后形成目标报告送入导引头数据处理软件中通过测角公式完成单脉冲测角，并输出角误差，方位俯仰角误差分为单独两条互不干扰的分支。分支一进入αβ滤波器进行滤波，将其中不利于位标器控制稳定性的快变大值滤除，将滤波后角误差送入闭环增益模块得到位标器闭环指令，闭环指令进入位标器转化为电机驱动力控制天线跟踪目标，单独形成雷达导引头闭环回路。分支二方位俯仰角误差送入文献(Adaptive Glint Reduction Method AndSystem Edwin H.Epperson US6,930,633B1 2005年8月)中滤波器进行自适应角闪烁抑制，将滤波后角误差经过PID模块变换为角速度，将PID模块生成角速度送入αβγ滤波器进一步提高角速度质量，将滤波后角速度送给导弹，单独形成导弹闭环回路。

采取本发明对车辆目标进行逼近跟踪试验，结果如图4所示，角速度输出起伏范围由未使用前的±2°/s压缩到了±0.4°/s以内，且动态响应时间并无明显增大。

如图5所示。本发明基于现有雷达硬件系统，所有改进方法均可基于软件实现，以下给出实际使用具体步骤。

1、导引头上电自检正常，接收指令正常；

2、导引头开机搜索，并捕获运动中车辆目标，捕获稳定后连续测得车辆目标方位、俯仰两维角误差；

3、方位、俯仰角误差同时分为两路，A路进入αβ滤波器，B路输入N帧时间滑窗缓存进行自适应滤波；

4、A路滤波输出值进入闭环增益增益模块生成位标器控制指令，B路滤波输出值进入PID模块转换为角速度；

5、A路输出位标器控制指令送入位标器驱动天线完成雷达自身闭环；B路输出角速度进入αβγ滤波器得到最终角速度送入导弹完成导弹闭环。

6、读取工作状态是否进入盲区，进入则不再更新角速度，否则重复上述步骤1-5。

Claims (1)

1.一种雷达导引头角速度优化方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：导引头上电自检正常，接收指令正常；

步骤2：导引头开机搜索，并捕获运动中车辆目标，捕获稳定后连续测得车辆目标方位、俯仰两维角误差；

步骤3：方位、俯仰角误差同时分为两路，A路进入αβ滤波器，B路输入N帧时间滑窗缓存进行自适应滤波；

步骤4：A路滤波输出值进入闭环增益增益模块生成位标器控制指令，B路滤波输出值进入PID模块转换为角速度；

步骤5：A路输出位标器控制指令送入位标器驱动天线完成雷达自身闭环；B路输出角速度进入αβγ滤波器得到最终角速度送入导弹完成导弹闭环；

步骤6：读取工作状态是否进入盲区，进入则不再更新角速度，否则重复上述步骤1-5。

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