CN112505650A - 一种激光半主动导引头抗干扰方法 - Google Patents

一种激光半主动导引头抗干扰方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种激光半主动导引头抗干扰方法，用于干扰源反射特性弱于目标反射特性的场景，增益控制时序定义为捕获目标进入零级增益，能量满足一定阈值时切换进入一级增益衰减，能量再满足所述一定阈值时切换进入二级增益衰减，一级增益衰减倍数为NⅠ大于二级增益衰减倍数NⅡ，提高一级增益衰减倍数，降低导引头的灵敏度，设定虚假目标判定条件，导引头处于零级增益时判定出捕获目标满足虚假目标条件则提前切换进入一级增益衰减，导引头处于一级增益衰减时判定出捕获目标满足虚假目标条件则提前切换进入二级增益衰减。本发明具有以下优点：对抗烟雾、灰尘及后向散射形成的干扰目标源有较好的抗干扰能力，提高了激光半主动制导导弹的作战效能和生存能力。

Description

一种激光半主动导引头抗干扰方法
技术领域
本发明属于激光导引头技术领域，具体为一种激光半主动导引头抗干扰方法，适用于具有激光导引头的制导飞行器。
背景技术
传统飞行器利用惯性导航技术进行制导，它是一种完全自主式的制导系统，不受外界干扰，但制导精度相对较低。
现代战争对制导精度要求越来越高，小规模军事冲突，点对点精确打击均依靠制导精度较高的制导控制设备及技术，如在惯性导航基础上，引入有线制导、微波雷达制导、电视制导、红外制导和激光制导等。其中激光制导技术应用较多、技术相对成熟，发展极为迅速。
随着激光制导飞行器的发展，激光对抗技术也迅猛发展，综合配备了激光告警与定位、激光涂料隐身、激光欺骗式干扰、激光致盲、烟雾阻塞等。致使激光半主动制导导弹的作战效能和生存能力成了问题，传统抗干扰技术主要包括激光脉冲编码调制技、光谱滤波技术、微处理机可重编程技术等，以上技术可提高激光半主动导引头的信噪比和抗背景干扰为能力，特别是编码后，还提高了武器系统抗非同步背景干扰和有源主动激光干扰的能力。但以上技术在对抗烟雾、灰尘及后向散射形成的干扰目标源无能为力。
目前激光半主动导引头抗干扰方法，用于干扰源反射特性弱于目标反射特性的场景，增益控制时序定义为捕获目标进入零级增益，能量满足一定阈值时切换进入一级增益衰减，能量再满足一定阈值时切换进入二级增益衰减；所述一级增益衰减倍数为NⅡ小于二级增益衰减倍数NⅠ，零级增益时，前放电路不导通，高压电路电压为-n1V；切换一级增益时，高压电路电压切换为-n2V，前放不导通；切换二级增益时，前放电路通过-m V电压导通，高压电路电压还是-n2V；其中n1>n2，n1和n2均为正实数。在实际使用时，一级增益衰减倍数为NⅡ小于二级增益衰减倍数NⅠ，容易捕获虚假目标，例如烟雾、灰尘等虚假目标形成的第二光斑，本发明把干扰源形成的光斑叫做第二光斑，区别于目标形成的第一光斑，也就是主光斑。
发明内容
本发明提供了一种激光半主动导引头抗干扰方法，其目的在于，消除目标附近烟雾、灰尘形成的第二光斑及后向散射干扰，提高飞行器制导控制系统的精度。
本发明的一种激光半主动导引头抗干扰方法，用于干扰源反射特性弱于目标反射特性的场景，增益控制时序定义为捕获目标进入零级增益，能量满足一定阈值时切换进入一级增益衰减，能量再满足所述一定阈值时切换进入二级增益衰减，其特征在于所述一级增益衰减倍数为NⅠ大于二级增益衰减倍数NⅡ，提高一级增益衰减倍数，降低导引头的灵敏度，增强导引头抗后向散射干扰的能力，设定虚假目标判定条件，所述导引头处于零级增益时判定出捕获目标满足虚假目标条件则提前切换进入一级增益衰减，所述导引头处于一级增益衰减时判定出捕获目标满足虚假目标条件则提前切换进入二级增益衰减。
进一步具体地，所述方法具体包括如下步骤：
S1、增加缓存器，实时记录多帧回波强度；
S2、设定回波强度门限值Q，所述Q值存储在缓存器中；
S3、在缓存器中实时记录前M帧回波强度，若回波强度大于门限值Q且与本周期解算的回波强度比值在R倍以上，同时与上周期失调角差值大于T阈值，则判定为虚假目标；
S4、若本周期的目标判定为虚假目标，则将上一周期的方位失调角和俯仰失调角发送给导引头进行伺服控制，同时调整增益控制时序，切换进入下一级增益衰减。
具体地，M为1-5的自然数。
更进一步地，所述步骤S4中调整增益控制时序具体包括：
若本周期的目标判定为虚假目标时，导引头处于零级增益状态，则立即切换为一级增益衰减(提前切换，不用等到能量满足所述一定阈值)，所述一级增益衰减的增益衰减倍数为NⅠ，大于二级增益衰减的增益衰减倍数NⅡ，降低了导引头的灵敏度；有效隔离部分虚假目标；
若本周期的目标判定为虚假目标时，导引头处于一级增益衰减衰减倍数为NⅠ，则立即切换为二级增益衰减(提前切换，不用等到能量满足所述一定阈值)，所述二级增益衰减的增益衰减倍数NⅡ，所述NⅡ是在衰减了倍数为NⅠ的基础上再衰减NⅡ倍，进一步降低了导引头的灵敏度。有效隔离部分虚假目标。
更进一步地，所述步骤S2中设定回波强度门限值Q的原则：根据导引头捕获目标最低门限能量Qmin，若能量门限值Q选取较小，假如选取在最低门限能量的4倍为4Qmin，并在能量门限值Q时满足虚假目标判断条件，此时能级由零级切换到一级增益后，能量变为Q/8-Q/12(即4Qmin的1/8-1/12)，小于Qmin，会导致导引头失捕，虽然理论上能量门限越小越好，但考虑导引头最低捕获能量及衰减倍数，在保证切换能级不会导致导引头失捕的前提下，综合考虑选择Q值为Qmin值的8-12倍。
进一步地，所述步骤S3中确定R值的原则：所述R为4-6的自然数，根据实际情况设计，R值设计越小，滤除的虚假目标越多，同时也会增加滤除真实目标的风险。
优选地，所述R为5。
更进一步地，所述步骤S3中确定T阈值的原则：根据实际弹道仿真统计的值；导引头初始捕获目标时，失调角最大，随着弹目距离的减小，失调角逐渐收敛至零度附近；打击运动目标初始捕获失调角相对静止目标更大，失调角选取越大，滤除虚假目标能力越小，选取越小，有可能虑除正常目标，T阈值按照弹道时间最长打击运动目标进行仿真统计，并留取一定余量。
更进一步地，所述T阈值为1°。
优选地，所述回波强度门限值Q为300。
进一步具体地，所述步骤S4中所述一级增益衰减倍数为NⅠ大于二级增益衰减倍数NⅡ的具体设计方法为：
通过改变导引头激光四象限探测器的光电二极管的前放电路开闭顺序，和改变提供反向偏压的高压电源模块的高压、低压供电顺序来改变一级、二级增益衰减倍数；
改变一级、二级增益衰减倍数前，所述一级增益衰减倍数为NⅡ小于二级增益衰减倍数NⅠ，零级增益时，前放电路不导通，高压电路电压为-n1V；切换一级增益时，高压电路电压切换为-n2V，前放不导通；切换二级增益时，前放电路通过-m V电压导通，高压电路电压还是-n2V；
改变一级、二级增益衰减倍数后，所述一级增益衰减的增益衰减倍数为NⅠ大于二级增益衰减的增益衰减倍数NⅡ，零级增益时，前放电路不导通，高压电路电压为-n1V；切换一级增益时，前放电路通过m V电压导通，高压电路电压还在-n1V，达到电路分流，从而降低探测器灵敏度；切换二级增益时，高压电路电压切换为-n2V，前放电路还是通过-m V电压导通。
增益衰减倍数是电路设计完成的，电压是控制让这个电路工作与不工作。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、对抗烟雾、灰尘及后向散射形成的干扰目标源有较好的抗干扰能力，提高了激光半主动制导导弹的作战效能和生存能力。
2、充分利用导引头输出的目标回波强度及失调角信息，对打击的目标反射信息进行判断，以滤除虚假目标产生的虚假制导信息，提高了激光制导飞行器的抗干扰能力，确保了激光制导飞行器的精度。
3、本方法设计简单，易于实现，无需对现有的硬件进行改动即可达到抗干扰的目的，且具有较广的适用范围。
附图说明
图1为本发明实例1的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
本发明所述的一种激光半主动导引头，分为捷联式激光半主动导引头和框架式激光半主动导引头，其核心组件为激光四象限探测器和及其后处理电路。激光漫反射信号被激光四象限探测器接收转化成电信号，经过后处理电路的整形、调理、模数转换、计算和增益控制，得到激光失调角，形成导引头制导输出信号。其中，四象限探测器处理电路的增益控制为信号处理中的重要环节，是后期模数转换和失调角计算的重要前提和保障。四象限探测器处理电路的增益控制功能主要是把探测输出的激光窄脉冲电信号的幅值调节到模数转换模块的输入范围之内，以此调节导引头的灵敏度即降低导引头的灵敏度或提高了导引头的灵敏度。所述的四象限探测器处理电路中包括光电二极管，光电二极管是由光能转换为电能的一种半导体器件，输出信号为电流，在输出后经过I/V(光电)转换得到电压。在一般使用中，光电二极管工作在反向导通状态下，即需要向二极管两端加反向偏置电压(简称偏压)。在无光照时，特性与普通二极管类似，在有光照射时，在反向偏压作用下，光电二极管会输出电流，在同等光照作用下，电流随偏压增大而增大；在同等偏压下，电流随光照强度增加而增加。
光电二极管电流输出后端有一个分流支路(简称前放增益)，当二极管输出的电流超过后级电路承受的范围时，会启动该分流支路，降低后级电路电流和电压，该支路是通过一个-m V＝-9V电压控制，当-m V＝-9V不接通时，该支路无效，-m V＝-9V接通时，该支路有效。
目前探测器反向偏压是通过一个可控高压电源模块控制的，高压为-n1＝-120V，低压为-n2＝-2.5V，两种电压直接切换，无中间量；前放增益是通过一个开关芯片控制-m V＝-9V导通与断开的。
本发明的一种激光半主动导引头抗干扰方法，用于干扰源反射特性弱于目标反射特性的场景，增益控制时序定义为捕获目标进入零级增益，能量满足一定阈值时切换进入一级增益衰减，能量再满足所述一定阈值时切换进入二级增益衰减，其特征在于所述一级增益衰减倍数为NⅠ＝10大于二级增益衰减倍数NⅡ＝4，提高一级增益衰减倍数，降低导引头的灵敏度，增强导引头抗后向散射干扰的能力，设定虚假目标判定条件，所述导引头处于零级增益时判定出捕获目标满足虚假目标条件则提前切换进入一级增益衰减，所述导引头处于一级增益衰减时判定出捕获目标满足虚假目标条件则提前切换进入二级增益衰减。
所述一定阈值选取原则如下：1.保证一级切换后，不出现失捕，例如选取1500切换10倍，变为150不会失捕；2.电路设计完成后探测器满偏阈值就固定了，本实施例是3000，零级满，选取1500切换，不会满；3.原则上越早切换越好，更能隔离虚假目标；综合考虑选取1500。
所述方法具体包括如下步骤：
S1、增加缓存器，实时记录多帧回波强度；
S2、设定回波强度门限值Q，所述Q值存储在缓存器中；
所述步骤S2中设定回波强度门限值Q的原则：根据导引头捕获目标最低门限能量Qmin，本实施例的制导导弹中Qmin约为25，若能量门限值Q选取较小，假如选取在最低门限能量的4倍为4Qmin(即等于100)，并在能量门限值Q(300)时满足虚假目标判断条件，此时能级由零级切换到一级增益衰减10倍后，能量变为Q/10(即4Qmin的1/10即等于10)，小于Qmin，会导致导引头失捕，虽然理论上能量门限越小越好，但考虑导引头最低捕获能量及衰减倍数，即8-12倍，在保证切换能级不会导致导引头失捕的前提下，综合考虑选择Q值为Qmin值的8-12倍(300)；
S3、在缓存器中实时记录前M帧回波强度，若回波强度大于门限值Q且与本周期解算的回波强度比值在R倍以上，同时与上周期失调角差值大于T阈值，则判定为虚假目标；
如图1所示，在缓存器中实时记录前M＝3帧回波强度，3帧防止解算通信错误，单帧、两帧的准确度不够，3帧全错概率极小，帧数太多需要的计算的数据量较大，储存的时间较长，不利于高速执行；若回波强度大于门限值Q，Q为300，且与本周期解算的回波强度比值在R倍以上，R为5，目标反射特性如果突然变弱也会造成该比值变化。再进行脱靶量解算，计算失调角，若计算结果同时与上周期失调角差值大于T阈值，T阈值为1°，则判定为虚假目标，上周期即上一次照射到目标上的激光的周期；若小于T阈值，记录本周期失调角。
若实时对比判断缓存器中前3帧回波强度不大于门限值Q，或与本周期解算的回波强度比值在R倍以下，则回波强度写入记录缓存(即实时将本周期回波强度写入缓存器)，最早的舍去(即覆盖之前的记录)，进行自动增益控制及偏差量解算控制导引头伺服动作。
本实施例中，所述步骤S3中确定R值的原则：通过大量实验统计的值R为5，根据实际情况设计，该值设计越小，滤除的虚假目标越多，同时也会增加滤除真实目标的风险。
所述步骤S3中确定T阈值的原则：根据实际弹道仿真统计的值；导引头初始捕获目标时，失调角最大，随着弹目(导弹与目标)距离的减小，失调角逐渐收敛至零度附近；打击运动目标初始捕获失调角相对静止目标更大，失调角选取越大，滤除虚假目标能力越小，选取越小，有可能虑除正常目标，T阈值按照弹道时间最长打击运动目标进行仿真统计，并留取一定余量，该值判断当前(激光周期)周期目标非上周期目标，方向明显偏差。
T阈值取1°，是考虑到如果是运动目标的话，失调角会有0.7-0.8度的偏差，考虑囊括运动目标影响，一般不会那么大，例如80Km/h目标也不到1°。
S4、若本周期的目标判定为虚假目标，则将上一周期的方位失调角和俯仰失调角发送给导引头进行伺服控制(不用这个虚假目标产生的数据，控制导引头正常动作)，同时调整增益控制时序，立即切换进入下一级增益衰减，清除缓存器中的3帧回波强度数据(置0)，进行下一周期的回波强度记录。
所述步骤S4中调整增益控制时序具体包括：
若本周期的目标判定为虚假目标时，导引头处于零级增益状态，则立即切换为一级增益衰减(提前切换，不用等到能量满足所述一定阈值，本实施例中所述一定阈值为1500)，所述一级增益衰减的增益衰减倍数为NⅠ＝10，大于二级增益衰减的增益衰减倍数NⅡ＝4，降低了导引头的灵敏度；有效隔离部分虚假目标；
若本周期的目标判定为虚假目标时，导引头处于一级增益衰减衰减倍数为NⅠ，则立即切换为二级增益衰减(提前切换，不用等到能量满足所述一定阈值)，所述二级增益衰减的增益衰减倍数NⅡ，所述NⅡ是在衰减了倍数为NⅠ的基础上再衰减NⅡ倍，进一步降低了导引头的灵敏度；有效隔离部分虚假目标。
所述步骤S4中所述一级增益衰减倍数为NⅠ大于二级增益衰减倍数NⅡ的具体设计方法为：
通过改变导引头激光四象限探测器的光电二极管的前放电路开闭顺序，和改变提供反向偏压的高压电源模块的高压、低压供电顺序来改变一级、二级增益衰减倍数；
背景技术中，改变一级、二级增益衰减倍数前，所述一级增益衰减倍数为NⅡ＝4小于二级增益衰减倍数NⅠ＝10，零级增益时，前放电路不导通，高压电路电压为-n1V；切换一级增益时，高压电路电压切换为-n2V，前放不导通；切换二级增益时，前放电路通过-m V电压导通，高压电路电压还是-n2V；
本发明技术中，改变一级、二级增益衰减倍数后，所述一级增益衰减的增益衰减倍数为NⅠ＝10大于二级增益衰减的增益衰减倍数NⅡ＝4，零级增益时，前放电路不导通，高压电路电压为-n1V；切换一级增益时，前放电路通过m V电压导通，高压电路电压还在-n1V，达到电路分流，从而降低探测器灵敏度；切换二级增益时，高压电路电压切换为-n2V，前放电路还是通过-m V电压导通。
所述步骤S4中调整增益控制时序，改变一级和二级增益衰减倍数的具体方法为：
通过改变导引头激光四象限探测器的光电二极管的前放电路开闭顺序，和改变提供反向偏压的高压电源模块的高压、低压供电顺序来改变一、二级增益倍数；
背景技术中，所述一级增益衰减倍数为NⅡ小于二级增益衰减倍数NⅠ，零级增益时，前放电路不导通，高压电路电压为-n1V；切换一级增益时，高压电路电压切换为-n2V，前放不导通；切换二级增益时，前放电路通过-m V电压导通，高压电路电压还是-n2V，制导导弹不进入抗干扰时序的电压数值如下表所示：
零级增益 一级增益 二级增益
前放电路 不导通 不导通 -9V(m＝9)
高压电路 -120V(n1＝120) -2.5V(n2＝2.5) -2.5V(n2＝2.5)
本发明技术的所述一级增益状态的增益衰减倍数为NⅠ大于二级增益状态的增益衰减倍数NⅡ，零级增益时，前放电路不导通，高压电路电压为-n1V；切换一级增益时，前放电路通过m V电压导通，高压电路电压还在-n1V，达到电路分流，从而降低探测器灵敏度；切换二级增益时，高压电路电压切换为-n2V，前放电路还是通过-m V电压导通；本实施例中制导导弹进入抗干扰时序的电压数值如下表所示：
零级增益 一级增益 二级增益
前放电路 不导通 -9V(m＝9) -9V(m＝9)
高压电路 -120V(n1＝120) -120V(n1＝120) -2.5V(n2＝2.5)
增益衰减倍数是电路设计完成的，电压是控制让这个电路工作与不工作。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：
在缓存器中实时记录前2帧回波强度，R为4，Q值为Qmin值的8倍。另一实施例中缓存器中实时记录前4帧回波强度，R为6，Q值为Qmin值的12倍。
其余内容与实施例1相同，同样对抗烟雾、灰尘及后向散射形成的干扰目标源有较好的抗干扰能力。

Claims (10)

1.一种激光半主动导引头抗干扰方法，用于干扰源反射特性弱于目标反射特性的场景，增益控制时序定义为捕获目标进入零级增益，能量满足一定阈值时切换进入一级增益衰减，能量再满足所述一定阈值时切换进入二级增益衰减，其特征在于所述一级增益衰减倍数为NⅠ大于二级增益衰减倍数NⅡ，提高一级增益衰减倍数，降低导引头的灵敏度，增强导引头抗后向散射干扰的能力，设定虚假目标判定条件，所述导引头处于零级增益时判定出捕获目标满足虚假目标条件则提前切换进入一级增益衰减，所述导引头处于一级增益衰减时判定出捕获目标满足虚假目标条件则提前切换进入二级增益衰减。
2.根据权利要求1所述的激光半主动导引头抗干扰方法，其特征在于具体包括如下步骤：
S1、增加缓存器，实时记录多帧回波强度；
S2、设定回波强度门限值Q，所述Q值存储在缓存器中；
S3、在缓存器中实时记录前M帧回波强度，若回波强度大于门限值Q且与本周期解算的回波强度比值在R倍以上，同时与上周期失调角差值大于T阈值，则判定为虚假目标；
S4、若本周期的目标判定为虚假目标，则将上一周期的方位失调角和俯仰失调角发送给导引头进行伺服控制，同时调整增益控制时序，切换进入下一级增益衰减。
3.根据权利要求2所述的激光半主动导引头抗干扰方法，其特征在于所述步骤S4中调整增益控制时序具体包括：
若本周期的目标判定为虚假目标时，导引头处于零级增益状态，则立即切换为一级增益衰减，所述一级增益衰减的增益衰减倍数为NⅠ，大于二级增益衰减的增益衰减倍数NⅡ，降低了导引头的灵敏度；若本周期的目标判定为虚假目标时，导引头处于一级增益衰减衰减倍数为NⅠ，则立即切换为二级增益衰减，所述二级增益衰减的增益衰减倍数NⅡ，所述NⅡ是在衰减了倍数为NⅠ的基础上再衰减NⅡ倍，进一步降低了导引头的灵敏度。
4.根据权利要求2-3中任一项所述的激光半主动导引头抗干扰方法，其特征在于所述步骤S2中设定回波强度门限值Q的原则：根据导引头捕获目标最低门限能量Qmin，在保证切换能级不会导致导引头失捕的前提下，综合考虑选择Q值为Qmin值的8-12倍。
5.根据权利要求2-3中任一项所述的激光半主动导引头抗干扰方法，其特征在于所述步骤S3中确定R值的原则：所述R为4-6的自然数，根据实际情况设计，R值设计越小，滤除的虚假目标越多，同时也会增加滤除真实目标的风险。
6.根据权利要求5所述的激光半主动导引头抗干扰方法，其特征在于所述R为5。
7.根据权利要求2-3中任一项所述的激光半主动导引头抗干扰方法，其特征在于所述步骤S3中确定T阈值的原则：根据实际弹道仿真统计的值；导引头初始捕获目标时，失调角最大，随着弹目距离的减小，失调角逐渐收敛至零度附近；打击运动目标初始捕获失调角相对静止目标更大，失调角选取越大，滤除虚假目标能力越小，选取越小，有可能虑除正常目标，T阈值按照弹道时间最长打击运动目标进行仿真统计，并留取一定余量。
8.根据权利要求7所述的激光半主动导引头抗干扰方法，其特征在于所述T阈值为1°。
9.根据权利要求8所述的激光半主动导引头抗干扰方法，其特征在于所述回波强度门限值Q为300。
10.根据权利要求1所述的激光半主动导引头抗干扰方法，其特征在于所述步骤S4中所述一级增益衰减倍数为NⅠ大于二级增益衰减倍数NⅡ的具体设计方法为：
通过改变导引头激光四象限探测器的光电二极管的前放电路开闭顺序，和改变提供反向偏压的高压电源模块的高压、低压供电顺序来改变一级、二级增益衰减倍数；
改变一级、二级增益衰减倍数前，所述一级增益衰减倍数为NⅡ小于二级增益衰减倍数NⅠ，零级增益时，前放电路不导通，高压电路电压为-n1V；切换一级增益时，高压电路电压切换为-n2V，前放不导通；切换二级增益时，前放电路通过-mV电压导通，高压电路电压还是-n2V；
改变一级、二级增益衰减倍数后，所述一级增益衰减的增益衰减倍数为NⅠ大于二级增益衰减的增益衰减倍数NⅡ，零级增益时，前放电路不导通，高压电路电压为-n1V；切换一级增益时，前放电路通过mV电压导通，高压电路电压还在-n1V，达到电路分流，从而降低探测器灵敏度；切换二级增益时，高压电路电压切换为-n2V，前放电路还是通过-mV电压导通。
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