一種空時(shí)聯(lián)合抗干擾方法研究

謝學(xué)東 劉杰 王小旗 韓菁 侯浩

摘要：針對(duì)星地測控通信鏈路中的電磁信號(hào)干擾，提出空域時(shí)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(gè)信道接收的遠(yuǎn)場信號(hào)。通過陣列天線各單元之間的相位差，進(jìn)行信號(hào)波束形成和空間譜估計(jì)。采用空時(shí)聯(lián)合干擾抑制方法，將一維的時(shí)域和空域干擾抑制拓展至?xí)r間與空間聯(lián)合的二維域內(nèi)，對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行空時(shí)二維濾波，并對(duì)濾波算法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過對(duì)單個(gè)寬帶干擾信號(hào)、3個(gè)寬帶干擾信號(hào)的仿真驗(yàn)證，干擾抑制能力達(dá)到了80 dB。

關(guān)鍵詞：陣列天線；空時(shí)二維處理；線性約束最小方差準(zhǔn)則；誤差估計(jì)

中圖分類號(hào)：TN967.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(kuò)頻和跳擴(kuò)頻混合技術(shù)，利用糾錯(cuò)編碼技術(shù)來增強(qiáng)星地測控通信鏈路的干擾抑制能力。但這些都是在設(shè)計(jì)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(hào)的變化而變化。特別是在對(duì)方采取有針對(duì)性的干擾時(shí)，勢必超出其設(shè)計(jì)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(yán)重時(shí)，還將毀傷在軌衛(wèi)星、地面測控設(shè)備。

為應(yīng)對(duì)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(shù)來應(yīng)對(duì)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(shè)計(jì)能夠依據(jù)不同的干擾特性，自適應(yīng)選擇相應(yīng)的防護(hù)措施，這樣，才能保證抗干擾性能具有針對(duì)性、實(shí)用性、時(shí)效性。這就要求，首先，系統(tǒng)能夠?qū)Ω蓴_進(jìn)行檢測識(shí)別，判決干擾的種類、頻率、調(diào)制方式等[3]；然后，才能針對(duì)不同的干擾信號(hào)類型，選取不同的防護(hù)方法，予以干擾抵消[4]，從而實(shí)現(xiàn)航天測控鏈路干擾自適應(yīng)防護(hù)的智能決策，提高系統(tǒng)的自主防護(hù)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(shí)域聯(lián)合干擾抑制方法，通過天線陣元分離信號(hào)和干擾的遠(yuǎn)場特征，完成對(duì)空間干擾信號(hào)的空域?yàn)V除，可有效消除時(shí)域?yàn)V波、頻域?yàn)V波難以消除的寬帶干擾信號(hào)。同時(shí)，空時(shí)聯(lián)合處理時(shí)，即在空域處理的同時(shí)，引入了時(shí)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?yàn)V波或時(shí)域?yàn)V波效果更好，能夠抑制更多的干擾信號(hào)，保證了系統(tǒng)的可靠性。

1陣列天線的模型

針對(duì)信號(hào)接收處理中干擾抑制的特點(diǎn)，可以等效為個(gè)遠(yuǎn)場信號(hào)入射到天線陣面，其中天線陣面包含個(gè)單元，各單元接收到空間干擾信號(hào)后，傳輸至信號(hào)處理器，處理器并行處理個(gè)信道的干擾信號(hào)[5]。

2空時(shí)聯(lián)合抗干擾算法

空時(shí)聯(lián)合干擾抑制處理算法，是將空時(shí)頻域單一處理方法擴(kuò)充至?xí)r空聯(lián)合的二維域中，形成空時(shí)多維聯(lián)合處理方法[6]。從單一時(shí)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(shù)消除不同空域的干擾信號(hào)；從天線陣元的各個(gè)接收單元來看，各通道時(shí)延分離構(gòu)成了時(shí)域FIR濾波，根據(jù)自適應(yīng)濾波原理，可在時(shí)域進(jìn)行干擾消除，從而形成時(shí)域干擾抑制[7]。

空時(shí)聯(lián)合處理算法可以在時(shí)域和空域的二維空間有效抑制干擾，算法的關(guān)鍵在于空時(shí)權(quán)矢量求解的計(jì)算方法。空時(shí)權(quán)矢量求解的方法是選取約束準(zhǔn)則進(jìn)行處理[8]。目前，使用較為廣泛的約束準(zhǔn)則包括LCMV準(zhǔn)則、最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則、最小功率準(zhǔn)則等。工程應(yīng)用中，根據(jù)不同的測算環(huán)境，選擇相適應(yīng)的約束準(zhǔn)則可以得出較為理想的結(jié)果。在上述常用約束準(zhǔn)則中，線性約束最小方差準(zhǔn)則算法比較適合處理擴(kuò)頻信號(hào)的干擾抑制，主要利用信號(hào)功率強(qiáng)度遠(yuǎn)低于干擾信號(hào)和噪聲的特點(diǎn)，可采用降低干擾信號(hào)強(qiáng)度，而信號(hào)成分基本無的特點(diǎn)，有效抑制干擾信號(hào)在信道處理中的強(qiáng)度影響[9]。

3算法改進(jìn)

在實(shí)際應(yīng)用中，理論仿真效果和實(shí)際效果存在一定差距，這是因?yàn)?，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(fù)雜，因此，陣列天線信號(hào)的處理要實(shí)現(xiàn)從理論到工程的轉(zhuǎn)化，還需要解決實(shí)際應(yīng)用中所面臨的現(xiàn)實(shí)問題，必須進(jìn)一步提高算法的魯棒穩(wěn)定性能。