干擾抵消技術在一體化電子信息系統中的運用

徐 健，李大光，張 燚

(1.中國電子科技集團有限公司第三十六研究所，浙江 嘉興 314033； 2.海裝駐杭州地區軍事代表室，浙江 杭州 310012)

1 概 述

現代戰爭中電子設備的作用日益突出,使用越來越廣泛。現代作戰艦艇體量大，裝備有多種先進電子設備，包括通信、雷達、通抗、導航、敵我識別、指控、武控等電子設備。電子設備的種類、數量、功能和指標也都有更高的要求，各電子設備工作頻段不斷擴展、重疊，功率等級不斷提高；同時作戰艦艇出于布局、安裝與隱身性等方面考慮，將孤立的、功能單一的各設備孔徑進行集成整合；電子設備采用一體化設計提高資源利用效率，以獲得更高水平的功能、性能和互操作性是大勢所趨，一體化設計已成為提高艦船作戰能力和生存能力的重要途徑之一，也是目前世界上各海軍強國艦艇發展的重點。但一體化電子系統的電磁兼容性問題會造成單設備和系統效能降低甚至無法正常工作，導致難以達到預期目標。

干擾抵消技術是解決同頻段電磁兼容的一種有效技術。干擾抵消技術主要用于抑制本地發射設備對鄰近設備的同頻段干擾，在實現對鄰近設備寬帶接收機保護的同時，不對接收信號產生失真或者互調的影響，使得空間距離鄰近的多部收發裝備能同時工作，或者使雙工設備能在鄰道實現雙工工作[1]。

國外干擾抵消技術研究起步很早，并已有成熟的專利算法，在軍民設備中廣泛使用：用于減輕衛星通信系統K、Ku波段的干擾，用于提高艦岸中繼通信的性能、用于解決高鐵上多天線之間的隔離問題、用于抵消移動通信直放站的干擾等。軍事上的典型應用是在EA-18G“咆哮者”電子戰飛機上，為了解決EA-18G飛機的ALQ-99干擾吊艙工作時對自身的超高頻(UHF)電臺的干擾問題，美國海軍提出通過配套研制干擾抵消系統來保證飛機在對敵干擾時話音通信順暢，干擾抵消系統被認為是使EA-18G飛機比EA-6B更為先進的幾個關鍵因素之一。

2 干擾抵消技術

干擾抵消的原理如圖1所示，系統通過分配器提取一個與干擾信號相關的樣本信號Vi(t)(這里可以用取樣天線代替分配器進行干擾信號的取樣)，根據接收設備前端的信號ε(t)來對Vi(t)進行幅度和相位調整后輸出抵消信號Vo(t)，使得Vo(t)與天線接收到的干擾信號Ve(t)幅度相同，相位相反，從而使得干擾信號被抵消，ε(t)→0，而有用信號因為不相關，所以不會被抵消掉，基本不受影響。

圖1 干擾抵消原理示意圖

現有幅相控制器基于模擬正交矢量調制技術，分別精確調整I路和Q路的PIN管的電流就可以控制輸出信號的幅度和相位。

設輸入信號為：

Vi(t)=Acos(wct+φi)

(1)

經過正交矢量調制后輸出信號為:

(2)

如圖2所示，正交矢量調制器通過調整I、Q參數信號改變Ac與φc來控制輸入信號的幅度和相位，得到抵消矢量。通過收斂算法不停地調整I、Q，最終使誤差矢量滿足要求[2]。

抵消比為：

RC(dB)=10lg (1+α2-2αcos(2πfT+Φ))

(3)

時延誤差ΔT、頻率偏差Δf都等于0時，抵消比與幅度誤差、相位誤差之間的關系曲線見圖3，在幅度誤差一定的情況下，抵消比存在極限值；在相位誤差一定的情況下，抵消比也存在極限值；抵消比越高，幅度和相位誤差可變動的范圍越小。對誤差信號進行數字處理、采用自適應濾波技術、在數字域內形成抵消信號,可提高波形適應能力、提高抑制比，抵消多源干擾。

仿真結果見圖4，正中間的干擾主頻可抵消40 dB以上。

圖2 正交矢量調制原理圖

圖3 抵消比與幅度誤差、相位誤差的關系曲線

圖4 仿真結果圖

3 干擾抵消技術在一體化電子信息系統中的應用

在一體化電子信息系統中，存有多個發射設備與多個接收設備，可采用直接耦合或者取樣天線的方式，見圖5、圖6。在電磁兼容管理設備統一管理下，對接收設備選擇采用對消措施還是直接連通。

圖5 直接耦合式對消示意圖

圖6 取樣天線式對消示意圖

單發多收情況下，通過獨立N個矢量調制器對N個受到影響的接收設備進行干擾抵消。多發多收情況下，每個發射設備獨立不相關時，需要對每個發射干擾信號進行單獨級聯抵消，需要M×N個矢量調制器對N個受到干擾的接收設備進行干擾抵消，復雜度大幅提高，收斂速度降低，同時抵消效果下降[3]。

一體化電子信息系統間的輻射干擾影響主要是2部分：發射的干擾主頻信號與噪聲信號。由于一體化電子信息系統空間隔離有限且干擾信號功率大，同頻段內的主頻信號會使接收設備如通信電臺等的射頻前端處于飽和工作狀態，接收通道阻塞，如果干擾信號足夠大，甚至會導致硬件損壞；同時干擾主頻帶外底噪會惡化附近的電磁環境，直接降低了電臺的靈敏度[4]。

在采取干擾抵消措施后，主頻抵消實際測試結果見圖7，噪聲抵消實際測試結果見圖8。

圖7 主頻抵消實際測試結果

圖8 噪聲抵消實際測試結果

圖7顯示主頻抵消可以抑制干擾主頻信號30 dB以上，圖8顯示抵消前寬帶噪聲完全湮沒了250 MHz處的有用信號，抵消后可接收到-67.58 dBm的有用信號，信噪比大于20 dB。由于干擾噪聲與接收信號同頻，不能采用濾波、陷波等手段實現抑制，只能通過干擾抵消實現抑制。

4 結束語

一體化電子信息系統的設備間主頻及諧波干擾會在同頻段接收設備內產生交調，在前端寬帶接收情況下會使前端阻塞或飽和，甚至燒毀前端；窄帶離散與寬帶相位噪聲會使接收設備靈敏度降低，導致誤判與虛警。因干擾信號與接收信號處于同一通信頻帶內，甚至處于同一信道內，這種干擾是傳統濾波器與陷波器無法解決，而干擾抵消技術恰好可以解決的共址、共道干擾問題。采用干擾對消技術可抑制干擾主頻與干擾噪聲影響，為系統內接收設備提供可用信道，提高信道的靈敏度，提高各設備的時效率，提高一體化電子信息系統的作戰效能。一體化電子設備的電磁兼容性問題是系統性的，需要多方共同研究解決，總體設計時綜合考慮包括干擾對消技術在內的各種措施，以充分發揮各設備效能，達到作戰設計能力。