方青松，陳順陽，張 琦，羅雨颋

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所，浙江 嘉興 314033)

0 引 言

預(yù)警機(jī)是集情報(bào)探測(cè)、指揮控制等于一體的大型綜合電子信息裝備[1]。自誕生以來，預(yù)警機(jī)一直是各軍事強(qiáng)國(guó)著力發(fā)展的重點(diǎn)，已成為信息化條件下聯(lián)合作戰(zhàn)必不可少的核心裝備之一，是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的空中帥府。

預(yù)警機(jī)加裝了數(shù)量眾多的電子設(shè)備，既有雷達(dá)、通信、二次雷達(dá)等大功率發(fā)射設(shè)備，也有雷達(dá)偵察、通信偵察等高靈敏度接收設(shè)備，其機(jī)身表面布置大量天線，機(jī)內(nèi)布置大量處理設(shè)備，電磁兼容設(shè)計(jì)困難。

預(yù)警機(jī)中采取的電磁兼容解決措施主要有使用濾波器、頻率隔離(不同電子設(shè)備工作在不同頻率)、空間隔離(不同電子設(shè)備盡量遠(yuǎn)地布置)、極化隔離(不同電子設(shè)備天線具有不同極化特征)、時(shí)間隔離(不同電子設(shè)備在時(shí)間上分開工作)等方法[2]。對(duì)同頻段內(nèi)的共址干擾，目前主要采取的方法是分時(shí)工作，這種方法在多個(gè)同頻段發(fā)射機(jī)同時(shí)工作時(shí)，接收設(shè)備基本無法工作，這將大大影響對(duì)預(yù)警機(jī)系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)效能。

本文提出了一種寬帶數(shù)字射頻干擾抵消技術(shù)方案，旨在解決預(yù)警機(jī)上多部通信電臺(tái)發(fā)射時(shí)對(duì)通信偵察寬帶接收的干擾問題。

1 共址干擾常用解決方法

目前解決共址干擾比較常用的方法有共址濾波器和基于矢量調(diào)制的射頻干擾抵消。

共址濾波器主要用于解決同平臺(tái)不同通信電臺(tái)同時(shí)工作的問題。在接收端配置時(shí)，抑制其它鏈路發(fā)射的有用信號(hào)對(duì)本鏈路接收機(jī)的影響，在發(fā)射端配置時(shí)，抑制本鏈路發(fā)射的無用信號(hào)對(duì)其它鏈路接收機(jī)的影響[3]。典型應(yīng)用案例，美軍在E-8C“聯(lián)合星”通信分系統(tǒng)中配置12部E-System 公司的F-1654/A跳頻濾波器實(shí)現(xiàn)UHF頻段12部HAVE-QUICKⅡ電臺(tái)的兼容工作，配置方式如圖1所示。

圖1 E-8C通信分系統(tǒng)超短波鏈路配置

其中F-1654/A共址濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

(1) 頻率范圍：225～400 MHz；

(2) 適應(yīng)方式：AM,HAVE QUICK II；

(3) 接收增益：2.5 dB±2.5 dB；

(4) 尺寸：218 mm(寬)×267 mm (高)×559 mm (深)；

(5) 重量：31 kg。

共址濾波的特點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單,能解決窄帶通信應(yīng)用;不足之處是重量重，同時(shí)不能解決寬帶通信偵察接收的問題。

國(guó)內(nèi)外較早開展了干擾抵消技術(shù)研究，并率先在軍事通信領(lǐng)域獲得應(yīng)用，其目的之一是解決同平臺(tái)同頻段發(fā)射機(jī)工作時(shí)偵察接收機(jī)工作的問題，主要基于模擬域的干擾抵消方案。模擬域干擾抵消的基本原理如圖2所示，取樣參考信號(hào)送到干擾抵消器，然后采用自適應(yīng)算法，自動(dòng)調(diào)節(jié)取樣信號(hào)的幅度和相位，產(chǎn)生一個(gè)與干擾信號(hào)幅度相等、相位相反的信號(hào)，最后通過合并器消除干擾信號(hào)。

圖2 模擬矢量調(diào)制干擾抵消基本原理

矢量調(diào)制干擾抵消采用有源對(duì)消的方法對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，它可以解決共址濾波器受限模擬濾波頻率特性帶來的干擾信號(hào)和有用信號(hào)不能太近的問題。這種技術(shù)體制的問題是:波形適應(yīng)能力比較差，對(duì)窄帶定頻信號(hào)效果好，但不能適應(yīng)高跳速信號(hào)或多源共址干擾問題。

2 工作原理

為解決多源共址干擾的問題，擬采用一種寬帶數(shù)字射頻干擾抵消技術(shù)體制。與傳統(tǒng)模擬體制矢量調(diào)制干擾抵消不同，數(shù)字射頻干擾抵消器的中心思想是干擾信號(hào)的抵消仍在模擬域進(jìn)行，但誤差信號(hào)的取樣、自適應(yīng)濾波的算法實(shí)現(xiàn)、抵消射頻信號(hào)的形成都在數(shù)字域內(nèi)進(jìn)行，如圖3所示。

圖3 數(shù)字射頻干擾抵消基本原理

數(shù)字射頻干擾抵消器運(yùn)用復(fù)雜的自適應(yīng)信號(hào)處理算法可以抵消定頻、跳頻、脈沖等信號(hào)，波形適應(yīng)能力強(qiáng)，可以抵消多源干擾，具有寬帶特性[4]。

數(shù)字射頻干擾抵消的基本原理是為了消除被干擾信號(hào)中的干擾信號(hào)，利用參考信號(hào)對(duì)被干擾信號(hào)進(jìn)行抵消。數(shù)字射頻干擾抵消器包括主通道和參考通道2個(gè)通道。主通道接收有用信號(hào)d(t)，同時(shí)接收干擾信號(hào)r1(t)。參考輸入信號(hào)r(t)通過自適應(yīng)濾波器后輸出y(t)，y(t)是r(t) 的最佳估計(jì)，在均方誤差意義下，最為接近主通道上的干擾信號(hào)。最后通過合成器將主通道的干擾信號(hào)分量r1(t)抵消掉。

假設(shè)各信號(hào)都是平穩(wěn)的，d(t)與r1(t)、r(t)都是不相關(guān)的，r1(t)與r(t)是相關(guān)的，干擾抵消器的輸出為：

e(t)=d(t)+r1(t)-y(t)

(1)

兩邊取平方得:

e2(t)=d2(t)+(r1(t)-y(t))2+

2d(t)(r1(t)-y(t))

(2)

等式兩邊取期望值，并由于d(t)與r1(t)、r(t)的不相關(guān)性，可得結(jié)果為：

E[e2(t)]=E[d2(t)]+E[(r1(t)-y(t))2]+

2E[d(t)(r1(t)-y(t))]=

E[d2(t)]+E[(r1(t)-y(t))2]

(3)

由于E[d2(t)]不受自適應(yīng)濾波器權(quán)系數(shù)的影響，是確定量，因此，使E[d2(t)]最小和使E[(r1(t)-y(t))2]最小是等價(jià)的。當(dāng)濾波器收斂到最優(yōu)濾波器系數(shù)時(shí)，y(t)是r(t)的最優(yōu)估計(jì)，有：

e(t)-d(t)=r1(t)-y(t)

(4)

所以，當(dāng)E[(r1(t)-y(t))2]最小時(shí)，自適應(yīng)干擾抵消系統(tǒng)的輸出信號(hào)e(t)和有用信號(hào)d(t)的均方誤差E[(e(t)-d(t))2]也為最小。也就是說，e(t)是有用信號(hào)d(t)的最佳估計(jì)。此時(shí)，輸出即為期望信號(hào)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)是子帶自適應(yīng)濾波技術(shù)，如圖4所示。

圖4 子帶自適應(yīng)濾波

參考輸入信號(hào)r(n)和期望信號(hào)d(n)分割成N個(gè)子帶，并將原始信號(hào)的采樣頻率降到fs/D，D是每個(gè)子帶的抽取率。長(zhǎng)度為M個(gè)抽頭的濾波器現(xiàn)在由N個(gè)長(zhǎng)度更短的抽頭Ms所取代(Ms

4 仿真結(jié)果

多源干擾仿真中，取2個(gè)歸一化輸入頻率分別為0.45和0.55的信號(hào)，用于模擬多源干擾，輸入系統(tǒng)后，把穩(wěn)態(tài)的權(quán)系數(shù)輸出，對(duì)其求幅度和相位響應(yīng),如圖5所示?？梢钥闯龊铣奢敵龊笮盘?hào)是一個(gè)寬帶信號(hào)。因此，這種算法可以適應(yīng)多源波形干擾信號(hào)。

圖5 雙音干擾時(shí)的穩(wěn)態(tài)濾波器系數(shù)頻響

5 系統(tǒng)解決方案

多源共址干擾系統(tǒng)解決方案如圖6所示。通信偵察寬帶接收信號(hào)通過數(shù)字射頻干擾抵消器在數(shù)字域完成多源共址干擾信號(hào)抵消，輸出的抵消射頻信號(hào)再通過射頻接收通道、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理等完成偵察接收功能。這里，為了干擾參考信號(hào)取樣逼真，在通信電臺(tái)發(fā)射機(jī)端直接耦合取樣，同時(shí)又考慮到多源參考取樣信號(hào)輸入到不同偵察接收端，端口越多交互關(guān)系越復(fù)雜，因此在參考取樣端口直接射頻數(shù)字化，經(jīng)分發(fā)單元在數(shù)字域完成參考信號(hào)分發(fā)。

圖6 多源共址干擾解決方案

6 結(jié)束語

數(shù)字射頻干擾抵消技術(shù)不僅具備模擬技術(shù)體制干擾抵消的能力，還可以對(duì)多源干擾等進(jìn)行抵消，是預(yù)警機(jī)電磁兼容問題解決的一種新型手段，合理應(yīng)用可以有效提升預(yù)警機(jī)系統(tǒng)整體作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。從技術(shù)上，還可以推廣到通中偵、探中偵、探中通等應(yīng)用，意義重大。