预警机多源共址干扰问题的解决方法分析

2020-08-26方青松陈顺阳罗雨颋

舰船电子对抗 2020年3期

关键词：干扰信号预警机滤波器

方青松，陈顺阳，张琦，罗雨颋

(中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴 314033)

0 引言

预警机是集情报探测、指挥控制等于一体的大型综合电子信息装备[1]。自诞生以来，预警机一直是各军事强国着力发展的重点，已成为信息化条件下联合作战必不可少的核心装备之一，是信息化战争的空中帅府。

预警机加装了数量众多的电子设备，既有雷达、通信、二次雷达等大功率发射设备，也有雷达侦察、通信侦察等高灵敏度接收设备，其机身表面布置大量天线，机内布置大量处理设备，电磁兼容设计困难。

预警机中采取的电磁兼容解决措施主要有使用滤波器、频率隔离(不同电子设备工作在不同频率)、空间隔离(不同电子设备尽量远地布置)、极化隔离(不同电子设备天线具有不同极化特征)、时间隔离(不同电子设备在时间上分开工作)等方法[2]。对同频段内的共址干扰，目前主要采取的方法是分时工作，这种方法在多个同频段发射机同时工作时，接收设备基本无法工作，这将大大影响对预警机系统的整体作战效能。

本文提出了一种宽带数字射频干扰抵消技术方案，旨在解决预警机上多部通信电台发射时对通信侦察宽带接收的干扰问题。

1 共址干扰常用解决方法

目前解决共址干扰比较常用的方法有共址滤波器和基于矢量调制的射频干扰抵消。

共址滤波器主要用于解决同平台不同通信电台同时工作的问题。在接收端配置时，抑制其它链路发射的有用信号对本链路接收机的影响，在发射端配置时，抑制本链路发射的无用信号对其它链路接收机的影响[3]。典型应用案例，美军在E-8C“联合星”通信分系统中配置12部E-System 公司的F-1654/A跳频滤波器实现UHF频段12部HAVE-QUICKⅡ电台的兼容工作，配置方式如图1所示。

图1 E-8C通信分系统超短波链路配置

其中F-1654/A共址滤波器的主要技术指标如下：

(1) 频率范围：225～400 MHz；

(2) 适应方式：AM,HAVE QUICK II；

(3) 接收增益：2.5 dB±2.5 dB；

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

(5) 重量：31 kg。

共址滤波的特点是方法简单,能解决窄带通信应用;不足之处是重量重，同时不能解决宽带通信侦察接收的问题。

国内外较早开展了干扰抵消技术研究，并率先在军事通信领域获得应用，其目的之一是解决同平台同频段发射机工作时侦察接收机工作的问题，主要基于模拟域的干扰抵消方案。模拟域干扰抵消的基本原理如图2所示，取样参考信号送到干扰抵消器，然后采用自适应算法，自动调节取样信号的幅度和相位，产生一个与干扰信号幅度相等、相位相反的信号，最后通过合并器消除干扰信号。

图2 模拟矢量调制干扰抵消基本原理

矢量调制干扰抵消采用有源对消的方法对干扰信号进行抑制，它可以解决共址滤波器受限模拟滤波频率特性带来的干扰信号和有用信号不能太近的问题。这种技术体制的问题是:波形适应能力比较差，对窄带定频信号效果好，但不能适应高跳速信号或多源共址干扰问题。

2 工作原理

为解决多源共址干扰的问题，拟采用一种宽带数字射频干扰抵消技术体制。与传统模拟体制矢量调制干扰抵消不同，数字射频干扰抵消器的中心思想是干扰信号的抵消仍在模拟域进行，但误差信号的取样、自适应滤波的算法实现、抵消射频信号的形成都在数字域内进行，如图3所示。

图3 数字射频干扰抵消基本原理

数字射频干扰抵消器运用复杂的自适应信号处理算法可以抵消定频、跳频、脉冲等信号，波形适应能力强，可以抵消多源干扰，具有宽带特性[4]。

数字射频干扰抵消的基本原理是为了消除被干扰信号中的干扰信号，利用参考信号对被干扰信号进行抵消。数字射频干扰抵消器包括主通道和参考通道2个通道。主通道接收有用信号d(t)，同时接收干扰信号r1(t)。参考输入信号r(t)通过自适应滤波器后输出y(t)，y(t)是r(t) 的最佳估计，在均方误差意义下，最为接近主通道上的干扰信号。最后通过合成器将主通道的干扰信号分量r1(t)抵消掉。

假设各信号都是平稳的，d(t)与r1(t)、r(t)都是不相关的，r1(t)与r(t)是相关的，干扰抵消器的输出为：

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

(1)

两边取平方得:

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

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

(2)

等式两边取期望值，并由于d(t)与r1(t)、r(t)的不相关性，可得结果为：

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)]不受自适应滤波器权系数的影响，是确定量，因此，使E[d2(t)]最小和使E[(r1(t)-y(t))2]最小是等价的。当滤波器收敛到最优滤波器系数时，y(t)是r(t)的最优估计，有：

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

(4)

所以，当E[(r1(t)-y(t))2]最小时，自适应干扰抵消系统的输出信号e(t)和有用信号d(t)的均方误差E[(e(t)-d(t))2]也为最小。也就是说，e(t)是有用信号d(t)的最佳估计。此时，输出即为期望信号。

3 关键技术

关键技术是子带自适应滤波技术，如图4所示。

图4 子带自适应滤波

参考输入信号r(n)和期望信号d(n)分割成N个子带，并将原始信号的采样频率降到fs/D，D是每个子带的抽取率。长度为M个抽头的滤波器现在由N个长度更短的抽头Ms所取代(Ms

4 仿真结果

多源干扰仿真中，取2个归一化输入频率分别为0.45和0.55的信号，用于模拟多源干扰，输入系统后，把稳态的权系数输出，对其求幅度和相位响应,如图5所示。可以看出合成输出后信号是一个宽带信号。因此，这种算法可以适应多源波形干扰信号。

图5 双音干扰时的稳态滤波器系数频响

5 系统解决方案

多源共址干扰系统解决方案如图6所示。通信侦察宽带接收信号通过数字射频干扰抵消器在数字域完成多源共址干扰信号抵消，输出的抵消射频信号再通过射频接收通道、信号处理、数据处理等完成侦察接收功能。这里，为了干扰参考信号取样逼真，在通信电台发射机端直接耦合取样，同时又考虑到多源参考取样信号输入到不同侦察接收端，端口越多交互关系越复杂，因此在参考取样端口直接射频数字化，经分发单元在数字域完成参考信号分发。