基于α、β濾波的塔康距離跟蹤算法

趙飛 韓衛(wèi)杰

【摘 要】本文介紹了塔康測距的基本原理和基于α、β濾波原理的塔康測距的實現(xiàn)方法，最后根據(jù)試飛數(shù)據(jù)對采用了α、β濾波算法的試飛數(shù)據(jù)和解算距離數(shù)據(jù)進行了對比分析，從而驗證了該算法的可行性和有效性。

【關(guān)鍵詞】塔康測距；α、β濾波

中圖分類號： V243；V351.3 文獻標識碼： A 文章編號： 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，F(xiàn)inally，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）系統(tǒng)又稱為戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航系統(tǒng)，是目前軍機中廣泛采用的進程導(dǎo)航系統(tǒng)。它由互相配套的機載塔康設(shè)備和地面設(shè)備組成。在地/空模式下，它能為飛行員提供飛機相對于地面塔康臺的方位和距離信息；在空/空模式下，能為飛行員提供相對于僚機的距離信息。塔康系統(tǒng)工作頻段為962MHz～1213MHz，共252個波道，其中相鄰波道間隔為1MHz。

1 塔康測距原理

TACAN測距采用“詢問/應(yīng)答”式雙程脈沖測距原理，系統(tǒng)工作時，先由機載設(shè)備發(fā)出詢問脈沖對，并開始計時，詢問信號以光速C通過距離R到達地面信標天線，進入接收機。地面信標臺收到信號后，經(jīng)過系統(tǒng)延時由發(fā)射機發(fā)出回答脈沖對，回答信號又通過距離R到達機載設(shè)備天線，進入接收機，并終止測距計時。如圖1所示，機載設(shè)備從發(fā)出詢問至接收到相應(yīng)的回答所測得的總時間t為信號往返距離2R所需的傳播時間2tR與系統(tǒng)的固定延時t0之和，即t=2tR+t0，又因為tR=（t-t0）/2，所以飛機到地面信標的距離：

塔康系統(tǒng)距離測量包括：詢問脈沖產(chǎn)生模塊、搜索模塊、跟蹤模塊、記憶模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，主要的流程是飛機的發(fā)射機發(fā)出詢問信號后，地面臺給出應(yīng)答信號；搜索模塊在隨機填充的脈沖中挑出應(yīng)答脈沖，并建立“跟蹤門”，此時轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，跟蹤模塊根據(jù)飛機的速度調(diào)整“跟蹤門”的寬度使其能鎖定應(yīng)答脈沖；距離解算模塊利用鎖定的應(yīng)答脈沖計算距離數(shù)據(jù)，然后將其送到數(shù)據(jù)處理模塊進行濾波輸出；當接收機無法鎖定應(yīng)答脈沖時則后進入記憶狀態(tài)，此時的輸出值為上一時刻的距離值加上速度值，在記憶狀態(tài)時搜索模塊同時進行搜索工作，如果能穩(wěn)定的捕捉到應(yīng)答脈沖則重新進入跟蹤狀態(tài)，否則記憶15s之后轉(zhuǎn)到搜索狀態(tài)。

2 α-β濾波原理

α-β濾波器是一種遞推濾波器，它是假設(shè)目標作勻速直線運動或者速度采樣間速度變化不大的條件下，按濾波位置和速度估值的均方誤差為最小的準則進行設(shè)計的。

α-β濾波過程包含將距離變量的兩個估值結(jié)合起來，以獲得改善的估值，在這些估值中，有一個變量是該變量的初始值，另一個是測量數(shù)據(jù)，用適當?shù)募訖?quán)系數(shù)和測量數(shù)據(jù)對初始值或當前值進行修正，即得到改善的估值，由于選擇了加權(quán)系數(shù)，使改善的估值具有最小方差，這樣，改善的估值便具有代表真距離值的最大概率。

由式（2）和式（3）組成α-β濾波器的狀態(tài)方程。

在tk+1時刻進行量測后，取得量測值Xm（k+1），當然量測值存在噪聲干擾，對tk+1時刻的狀態(tài)的α–β估計值為：

初始估值距離為進入濾波狀態(tài)前上一次最優(yōu)距離，即跟蹤門內(nèi)脈沖到達時間與門中值差值比較小的距離為距離估值的初始值，速度的初始估值為初始速度測量值。圖2為α-β濾波器工作流程。

α值和β值的選取取決于α、β相關(guān)器值，即每個α值和β值變化都對應(yīng)一個相關(guān)器，當相關(guān)器中有三次預(yù)測距離與實測距離或預(yù)測速度與實測速度相差較大，則α值和β值進行調(diào)整。α-β濾波器是一種收斂濾波器，隨著預(yù)測距離與實測距離的差值越來越小，α值和β值選取最小的一階。建立相關(guān)器是因為防止干擾信號造成α值和β值得異常波動，進而造成距離估計值偏差。α值和β值可根據(jù)實際調(diào)試情況進行適當調(diào)整。

3 實驗結(jié)果及結(jié)論

經(jīng)過對試飛數(shù)據(jù)的對比分析，其結(jié)果如圖3所示：

由圖3中對比可知，采用α β濾波后的距離曲線非常平滑，而未經(jīng)過濾波的解算距離值有較多的毛刺，從而可以驗證此算法的正確性和有效性。

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