一種空時聯(lián)合抗干擾方法研究

謝學東 劉杰 王小旗 韓菁 侯浩

摘要：針對星地測控通信鏈路中的電磁信號干擾，提出空域時域聯(lián)合的干擾抑制方法。利用地面陣列天線，分離不同方向的各類干擾，等效為接收端多個信道接收的遠場信號。通過陣列天線各單元之間的相位差，進行信號波束形成和空間譜估計。采用空時聯(lián)合干擾抑制方法，將一維的時域和空域干擾抑制拓展至時間與空間聯(lián)合的二維域內(nèi)，對干擾信號進行空時二維濾波，并對濾波算法進行了優(yōu)化設計。通過對單個寬帶干擾信號、3個寬帶干擾信號的仿真驗證，干擾抑制能力達到了80 dB。

關鍵詞：陣列天線；空時二維處理；線性約束最小方差準則；誤差估計

中圖分類號：TN967.1文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2023）06-58-4

0引言

目前，國內(nèi)外航天測控系統(tǒng)大多采取直接序列擴頻和跳擴頻混合技術，利用糾錯編碼技術來增強星地測控通信鏈路的干擾抑制能力。但這些都是在設計之初確定的，系統(tǒng)建成后，無法輕易更改或僅能做有限的更改，基本上屬于“盲抗干擾”的方式[1]，其抗干擾能力有一定的局限性，不能隨著干擾信號的變化而變化。特別是在對方采取有針對性的干擾時，勢必超出其設計容限，造成接收信道的信噪比惡化[2]，乃至星地測控鏈路中斷；嚴重時，還將毀傷在軌衛(wèi)星、地面測控設備。

為應對日益惡化的空間電磁環(huán)境，提高星地測控的可靠性、安全性，有必要采用新的智能化的抗干擾技術來應對各種手段的干擾，要求測控系統(tǒng)的干擾感知與抗干擾一體化設計能夠依據(jù)不同的干擾特性，自適應選擇相應的防護措施，這樣，才能保證抗干擾性能具有針對性、實用性、時效性。這就要求，首先，系統(tǒng)能夠?qū)Ω蓴_進行檢測識別，判決干擾的種類、頻率、調(diào)制方式等[3]；然后，才能針對不同的干擾信號類型，選取不同的防護方法，予以干擾抵消[4]，從而實現(xiàn)航天測控鏈路干擾自適應防護的智能決策，提高系統(tǒng)的自主防護性能，提升系統(tǒng)在惡劣電磁環(huán)境下的頑存性。

本文利用陣列天線的空域、時域聯(lián)合干擾抑制方法，通過天線陣元分離信號和干擾的遠場特征，完成對空間干擾信號的空域濾除，可有效消除時域濾波、頻域濾波難以消除的寬帶干擾信號。同時，空時聯(lián)合處理時，即在空域處理的同時，引入了時域處理，大大增加了系統(tǒng)抗干擾處理的自由度，提高了干擾處理算法的穩(wěn)健性，比單純的空域濾波或時域濾波效果更好，能夠抑制更多的干擾信號，保證了系統(tǒng)的可靠性。

1陣列天線的模型

針對信號接收處理中干擾抑制的特點，可以等效為個遠場信號入射到天線陣面，其中天線陣面包含個單元，各單元接收到空間干擾信號后，傳輸至信號處理器，處理器并行處理個信道的干擾信號[5]。

2空時聯(lián)合抗干擾算法

空時聯(lián)合干擾抑制處理算法，是將空時頻域單一處理方法擴充至時空聯(lián)合的二維域中，形成空時多維聯(lián)合處理方法[6]。從單一時刻的空域延遲來看，不同的天線陣元形成了不同干擾的匹配分離。它可以區(qū)分空域的不同干擾，利用空間零陷濾波技術消除不同空域的干擾信號；從天線陣元的各個接收單元來看，各通道時延分離構(gòu)成了時域FIR濾波，根據(jù)自適應濾波原理，可在時域進行干擾消除，從而形成時域干擾抑制[7]。

空時聯(lián)合處理算法可以在時域和空域的二維空間有效抑制干擾，算法的關鍵在于空時權矢量求解的計算方法。空時權矢量求解的方法是選取約束準則進行處理[8]。目前，使用較為廣泛的約束準則包括LCMV準則、最大后驗概率準則、最小功率準則等。工程應用中，根據(jù)不同的測算環(huán)境，選擇相適應的約束準則可以得出較為理想的結(jié)果。在上述常用約束準則中，線性約束最小方差準則算法比較適合處理擴頻信號的干擾抑制，主要利用信號功率強度遠低于干擾信號和噪聲的特點，可采用降低干擾信號強度，而信號成分基本無的特點，有效抑制干擾信號在信道處理中的強度影響[9]。

3算法改進

在實際應用中，理論仿真效果和實際效果存在一定差距，這是因為，信道幅相誤差的存在是不可避免的，并且空間環(huán)境十分復雜，因此，陣列天線信號的處理要實現(xiàn)從理論到工程的轉(zhuǎn)化，還需要解決實際應用中所面臨的現(xiàn)實問題，必須進一步提高算法的魯棒穩(wěn)定性能。