干扰抵消技术在一体化电子信息系统中的运用

徐 健，李大光，张 燚

(1.中国电子科技集团有限公司第三十六研究所，浙江 嘉兴 314033； 2.海装驻杭州地区军事代表室，浙江 杭州 310012)

1 概 述

现代战争中电子设备的作用日益突出,使用越来越广泛。现代作战舰艇体量大，装备有多种先进电子设备，包括通信、雷达、通抗、导航、敌我识别、指控、武控等电子设备。电子设备的种类、数量、功能和指标也都有更高的要求，各电子设备工作频段不断扩展、重叠，功率等级不断提高；同时作战舰艇出于布局、安装与隐身性等方面考虑，将孤立的、功能单一的各设备孔径进行集成整合；电子设备采用一体化设计提高资源利用效率，以获得更高水平的功能、性能和互操作性是大势所趋，一体化设计已成为提高舰船作战能力和生存能力的重要途径之一，也是目前世界上各海军强国舰艇发展的重点。但一体化电子系统的电磁兼容性问题会造成单设备和系统效能降低甚至无法正常工作，导致难以达到预期目标。

干扰抵消技术是解决同频段电磁兼容的一种有效技术。干扰抵消技术主要用于抑制本地发射设备对邻近设备的同频段干扰，在实现对邻近设备宽带接收机保护的同时，不对接收信号产生失真或者互调的影响，使得空间距离邻近的多部收发装备能同时工作，或者使双工设备能在邻道实现双工工作[1]。

国外干扰抵消技术研究起步很早，并已有成熟的专利算法，在军民设备中广泛使用：用于减轻卫星通信系统K、Ku波段的干扰，用于提高舰岸中继通信的性能、用于解决高铁上多天线之间的隔离问题、用于抵消移动通信直放站的干扰等。军事上的典型应用是在EA-18G“咆哮者”电子战飞机上，为了解决EA-18G飞机的ALQ-99干扰吊舱工作时对自身的超高频(UHF)电台的干扰问题，美国海军提出通过配套研制干扰抵消系统来保证飞机在对敌干扰时话音通信顺畅，干扰抵消系统被认为是使EA-18G飞机比EA-6B更为先进的几个关键因素之一。

2 干扰抵消技术

干扰抵消的原理如图1所示，系统通过分配器提取一个与干扰信号相关的样本信号Vi(t)(这里可以用取样天线代替分配器进行干扰信号的取样)，根据接收设备前端的信号ε(t)来对Vi(t)进行幅度和相位调整后输出抵消信号Vo(t)，使得Vo(t)与天线接收到的干扰信号Ve(t)幅度相同，相位相反，从而使得干扰信号被抵消，ε(t)→0，而有用信号因为不相关，所以不会被抵消掉，基本不受影响。

图1 干扰抵消原理示意图

现有幅相控制器基于模拟正交矢量调制技术，分别精确调整I路和Q路的PIN管的电流就可以控制输出信号的幅度和相位。

设输入信号为：

Vi(t)=Acos(wct+φi)

(1)

经过正交矢量调制后输出信号为:

(2)

如图2所示，正交矢量调制器通过调整I、Q参数信号改变Ac与φc来控制输入信号的幅度和相位，得到抵消矢量。通过收敛算法不停地调整I、Q，最终使误差矢量满足要求[2]。

抵消比为：

RC(dB)=10lg (1+α2-2αcos(2πfT+Φ))

(3)

时延误差ΔT、频率偏差Δf都等于0时，抵消比与幅度误差、相位误差之间的关系曲线见图3，在幅度误差一定的情况下，抵消比存在极限值；在相位误差一定的情况下，抵消比也存在极限值；抵消比越高，幅度和相位误差可变动的范围越小。对误差信号进行数字处理、采用自适应滤波技术、在数字域内形成抵消信号,可提高波形适应能力、提高抑制比，抵消多源干扰。

仿真结果见图4，正中间的干扰主频可抵消40 dB以上。

图2 正交矢量调制原理图

图3 抵消比与幅度误差、相位误差的关系曲线

图4 仿真结果图

3 干扰抵消技术在一体化电子信息系统中的应用

在一体化电子信息系统中，存有多个发射设备与多个接收设备，可采用直接耦合或者取样天线的方式，见图5、图6。在电磁兼容管理设备统一管理下，对接收设备选择采用对消措施还是直接连通。

图5 直接耦合式对消示意图

图6 取样天线式对消示意图

单发多收情况下，通过独立N个矢量调制器对N个受到影响的接收设备进行干扰抵消。多发多收情况下，每个发射设备独立不相关时，需要对每个发射干扰信号进行单独级联抵消，需要M×N个矢量调制器对N个受到干扰的接收设备进行干扰抵消，复杂度大幅提高，收敛速度降低，同时抵消效果下降[3]。

一体化电子信息系统间的辐射干扰影响主要是2部分：发射的干扰主频信号与噪声信号。由于一体化电子信息系统空间隔离有限且干扰信号功率大，同频段内的主频信号会使接收设备如通信电台等的射频前端处于饱和工作状态，接收通道阻塞，如果干扰信号足够大，甚至会导致硬件损坏；同时干扰主频带外底噪会恶化附近的电磁环境，直接降低了电台的灵敏度[4]。

在采取干扰抵消措施后，主频抵消实际测试结果见图7，噪声抵消实际测试结果见图8。

图7 主频抵消实际测试结果

图8 噪声抵消实际测试结果

图7显示主频抵消可以抑制干扰主频信号30 dB以上，图8显示抵消前宽带噪声完全湮没了250 MHz处的有用信号，抵消后可接收到-67.58 dBm的有用信号，信噪比大于20 dB。由于干扰噪声与接收信号同频，不能采用滤波、陷波等手段实现抑制，只能通过干扰抵消实现抑制。

4 结束语

一体化电子信息系统的设备间主频及谐波干扰会在同频段接收设备内产生交调，在前端宽带接收情况下会使前端阻塞或饱和，甚至烧毁前端；窄带离散与宽带相位噪声会使接收设备灵敏度降低，导致误判与虚警。因干扰信号与接收信号处于同一通信频带内，甚至处于同一信道内，这种干扰是传统滤波器与陷波器无法解决，而干扰抵消技术恰好可以解决的共址、共道干扰问题。采用干扰对消技术可抑制干扰主频与干扰噪声影响，为系统内接收设备提供可用信道，提高信道的灵敏度，提高各设备的时效率，提高一体化电子信息系统的作战效能。一体化电子设备的电磁兼容性问题是系统性的，需要多方共同研究解决，总体设计时综合考虑包括干扰对消技术在内的各种措施，以充分发挥各设备效能，达到作战设计能力。