自動增益控制對非合作干擾對消性能建模分析

關鍵詞：非合作干擾對消；高動態；自動增益控制；權值瞬態模型；干擾對消性能

中圖分類號：ＴＮ９７５ 文獻標志碼：Ａ DOI：１０．１２３０５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１-５０６Ｘ．２０２４．１２．０６

０引言

在通信、雷達、電子對抗等領域，信息傳輸鏈路暴露于日趨復雜的電磁環境，極易遭受各種類型的電磁干擾。特別是對方施加的大功率壓制干擾，這類干擾的樣式、帶寬等調制信息不能提前獲知，具有非合作特點［１２］。非合作方干擾機通過注入大功率干擾，使有用信號淹沒于干擾中，破壞甚至中斷接收機的數據接收［３４］。因此，亟需提升接收鏈路抑制非合作干擾的能力。

非合作干擾對消技術綜合利用干擾信號與有用信號的空域、時域、頻域等多維度信息，可以抑制大功率壓制干擾，具有較強的抗干擾能力［５６］。專利［７ ８］中提出空間信號取樣和數字域自適應控制的主動干擾對消技術，能顯著提升數據鏈和衛星通信的抗干擾能力。文獻［９］提出時域多抽頭對消結構可用于抑制大功率發射機產生的寬帶噪聲干擾。但是，干擾信號強度受到發射功率大小、收發距離遠近、電波傳播衰落等因素的影響，變化范圍大［１０］。同時，實際系統受限于模數轉換器（ａｎａｌｏｇ-ｔｏ-ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＡＤＣ）的采樣字長，動態范圍太大，會導致接收信號幅度嚴重失真［１１１２］。因此，解決高動態是非合作干擾對消系統射頻接收電路的主要難題。

為了滿足動態范圍的需要，采用自動增益控制（ａｕｔｏ-ｍａｔｉｃｇａｉｎｃｏｎｔｒｏｌ，ＡＧＣ）可以有效擴展動態范圍［１３１４］。文獻［１５］針對寬帶干擾嚴重影響全球導航衛星系統接收機性能的問題，采用離散傅里葉變換濾波器組進行子帶劃分，通過多子帶ＡＧＣ提升子帶間信號的線性度，有效抑制寬帶壓制干擾。文獻［１６］通過理論推導了數字ＡＧＣ對直擴信號同步的影響機理，利用多通道ＡＧＣ自適應算法，使得功率調整周期和同步周期一致，提升了高動態場景下的直擴信號同步性能。文獻［１７ １８］指出，提高ＡＧＣ 穩態增益可以有效降低ＡＤＣ量化噪聲的影響，提升數字采樣信號的信噪比。

基于ＡＧＣ的非合作干擾對消系統能夠根據干擾信號強度調整射頻前端放大器的增益，使信號保持在接收機的動態范圍內［１９］。穩定的干擾信號有利于自適應陣列系統從權矢量的初始狀態進入權矢量的抗干擾穩態［２０２１］。非合作干擾對消系統只有順利地完成這個瞬態過程，才有可能達到抗干擾的目的［２２２３］。相應地，ＡＧＣ 由啟控到穩態的調控過程同步影響著權矢量進入抗干擾穩態所要求的穩定性、收斂速度與干擾對消比［２４２６］。因此，亟需分析ＡＧＣ 對于干擾對消系統瞬態特性影響的規律。

另一方面，非合作干擾對消技術采用多輔助天線的自適應天線陣列，當天線數目較多時，理論推導復雜，而且在應用閉環最小均方（ｌｅａｓｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅ，ＬＭＳ）算法后，復雜度進一步提高［２７］。現有研究大多從仿真實驗的角度分析ＡＧＣ與干擾對消性能的關系，鮮有定量理論分析［２８２９］。本文針對以上問題，做出以下貢獻：

（１）面向電子對抗中提升非合作干擾抑制能力的需求，提出基于ＡＧＣ 的非合作干擾對消系統。通過理論推導了ＡＧＣ穩態增益與自相關矩陣特征值的映射關系，建立干擾對消權值瞬態模型。通過權值的解析表達式可以定量表征干擾對消性能的瞬態特性，在此基礎上分析ＡＧＣ穩態增益對穩定性、收斂速度、干擾對消比等干擾對消性能影響的規律。

（２）基于ＡＧＣ穩態條件下的分析結論，進一步查明ＡＧＣ調控過程中初值、步長、步長時間、多通道控制策略對權值收斂特性的作用機理，可以為ＡＧＣ方案的設計與控制策略的選擇提供參考。

（３）通過仿真和實驗驗證了ＡＧＣ對權值瞬態特性的影響規律與理論分析具有一致性，同時對比同步統一控制策略與異步獨立控制策略下不同的ＡＧＣ參數對權值收斂性能的影響，得到的分析結論可以有效指導工程實踐。

本文其余部分組織如下：第１節介紹基于ＡＧＣ的干擾對消系統，建立干擾信號由天線接收到對消輸出的基本框架。第２節在ＡＧＣ穩態條件下，結合譜分析與特征子空間的方法推導得到權值瞬態表達式，定量分析收斂穩定性、收斂速度、干擾對消比等性能指標。第３節研究ＡＧＣ調控過程中兩類控制策略以及初值、步長、步長時間對消權值瞬態特性影響的機理。第４節通過數值仿真驗證ＡＧＣ對干擾對消性能的影響規律與理論分析結果的一致性。第５節搭建實驗平臺，分別設置不同的ＡＧＣ穩態增益，對比干擾對消效果。第６節為本文結論。

１基于犃犌犆的非合作干擾對消系統

基于ＡＧＣ的非合作干擾對消系統采用“射頻前端電路＋數字中頻對消”的方案，該方案的優點是數字域干擾對消可控性高，能夠實現更高的對消比。在非合作干擾場景下，射頻前端接收到的干擾信號動態范圍為７０～１２０ｄＢ［３０］。強干擾會導致ＡＤＣ采樣的數字信號限幅失真，而小信號又會淹沒在ＡＤＣ的量化噪聲中。因此，在射頻前端配置ＡＧＣ電路，以擴展動態范圍，保證數字信號的功率穩定。系統主要由接收天線陣列、射頻前端電路、模數轉換單元以及數字處理模塊構成，如圖１所示。

作者簡介

王澤（１９９７—），男，博士研究生，主要研究方向為通信干擾對消、信道化接收。

何方敏（１９８２—），男，研究員，博士，主要研究方向為電磁兼容、干擾對消、信號處理。

盧洽然（１９９０—），男，博士研究生，主要研究方向為通信干擾機理、電路設計。

張云碩（１９９５—），男，博士研究生，主要研究方向為電磁防護、干擾對消。

李哲宇（１９９６—），女，博士研究生，主要研究方向為電磁防護、干擾對消。

孟進（１９７７—），男，教授，博士，主要研究方向為電磁兼容理論、電磁干擾防護技術。

李亞星（１９８８—），男，助理研究員，博士，主要研究方向為電磁防護、干擾對消。