一种空时联合抗干扰方法研究

谢学东 刘杰 王小旗 韩菁 侯浩

摘要：针对星地测控通信链路中的电磁信号干扰，提出空域时域联合的干扰抑制方法。利用地面阵列天线，分离不同方向的各类干扰，等效为接收端多个信道接收的远场信号。通过阵列天线各单元之间的相位差，进行信号波束形成和空間谱估计。采用空时联合干扰抑制方法，将一维的时域和空域干扰抑制拓展至时间与空间联合的二维域内，对干扰信号进行空时二维滤波，并对滤波算法进行了优化设计。通过对单个宽带干扰信号、3个宽带干扰信号的仿真验证，干扰抑制能力达到了80 dB。

关键词：阵列天线；空时二维处理；线性约束最小方差准则；误差估计

中图分类号：TN967.1文献标志码：A文章编号：1008-1739（2023）06-58-4

0引言

目前，国内外航天测控系统大多采取直接序列扩频和跳扩频混合技术，利用纠错编码技术来增强星地测控通信链路的干扰抑制能力。但这些都是在设计之初确定的，系统建成后，无法轻易更改或仅能做有限的更改，基本上属于“盲抗干扰”的方式[1]，其抗干扰能力有一定的局限性，不能随着干扰信号的变化而变化。特别是在对方采取有针对性的干扰时，势必超出其设计容限，造成接收信道的信噪比恶化[2]，乃至星地测控链路中断；严重时，还将毁伤在轨卫星、地面测控设备。

为应对日益恶化的空间电磁环境，提高星地测控的可靠性、安全性，有必要采用新的智能化的抗干扰技术来应对各种手段的干扰，要求测控系统的干扰感知与抗干扰一体化设计能够依据不同的干扰特性，自适应选择相应的防护措施，这样，才能保证抗干扰性能具有针对性、实用性、时效性。这就要求，首先，系统能够对干扰进行检测识别，判决干扰的种类、频率、调制方式等[3]；然后，才能针对不同的干扰信号类型，选取不同的防护方法，予以干扰抵消[4]，从而实现航天测控链路干扰自适应防护的智能决策，提高系统的自主防护性能，提升系统在恶劣电磁环境下的顽存性。

本文利用阵列天线的空域、时域联合干扰抑制方法，通过天线阵元分离信号和干扰的远场特征，完成对空间干扰信号的空域滤除，可有效消除时域滤波、频域滤波难以消除的宽带干扰信号。同时，空时联合处理时，即在空域处理的同时，引入了时域处理，大大增加了系统抗干扰处理的自由度，提高了干扰处理算法的稳健性，比单纯的空域滤波或时域滤波效果更好，能够抑制更多的干扰信号，保证了系统的可靠性。

1阵列天线的模型

针对信号接收处理中干扰抑制的特点，可以等效为个远场信号入射到天线阵面，其中天线阵面包含个单元，各单元接收到空间干扰信号后，传输至信号处理器，处理器并行处理个信道的干扰信号[5]。

2空时联合抗干扰算法

空时联合干扰抑制处理算法，是将空时频域单一处理方法扩充至时空联合的二维域中，形成空时多维联合处理方法[6]。从单一时刻的空域延迟来看，不同的天线阵元形成了不同干扰的匹配分离。它可以区分空域的不同干扰，利用空间零陷滤波技术消除不同空域的干扰信号；从天线阵元的各个接收单元来看，各通道时延分离构成了时域FIR滤波，根据自适应滤波原理，可在时域进行干扰消除，从而形成时域干扰抑制[7]。

空时联合处理算法可以在时域和空域的二维空间有效抑制干扰，算法的关键在于空时权矢量求解的计算方法。空时权矢量求解的方法是选取约束准则进行处理[8]。目前，使用较为广泛的约束准则包括LCMV准则、最大后验概率准则、最小功率准则等。工程应用中，根据不同的测算环境，选择相适应的约束准则可以得出较为理想的结果。在上述常用约束准则中，线性约束最小方差准则算法比较适合处理扩频信号的干扰抑制，主要利用信号功率强度远低于干扰信号和噪声的特点，可采用降低干扰信号强度，而信号成分基本无的特点，有效抑制干扰信号在信道处理中的强度影响[9]。

3算法改进

在实际应用中，理论仿真效果和实际效果存在一定差距，这是因为，信道幅相误差的存在是不可避免的，并且空间环境十分复杂，因此，阵列天线信号的处理要实现从理论到工程的转化，还需要解决实际应用中所面临的现实问题，必须进一步提高算法的鲁棒稳定性能。