自適應干擾對消技術分析及應用*

李　毅　何方敏　李建軒　李文祿

(1.海軍工程大學艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室　武漢　430033)(2.海軍電磁兼容研究檢測中心　上海　200235)

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自適應干擾對消技術分析及應用*

李毅1何方敏1李建軒2李文祿1

(1.海軍工程大學艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室武漢430033)(2.海軍電磁兼容研究檢測中心上海200235)

摘要論文在介紹自適應干擾對消技術的基礎上,給出了自適應干擾對消系統的數學框圖及干擾對消比和對消收斂時間的計算公式,并用研制成功的短波對消裝置進行了的干擾對消實驗。實驗結果表明該裝置的干擾對消比高,收斂時間短,說明自適應干擾對消技術能有效解決近場強干擾問題,為共平臺收發電子設備的電磁兼容提供了新的方法。

關鍵詞自適應干擾對消; 干擾對消比; 收斂時間

Performance Analysis and Application of Adaptive Interference Cancellation System

LI Yi1HE Fangmin1LI Jianxuan2LI Wenlu1

(1. National Key Laboratory of Science and Technology on Vessel Integrated Power System,Naval University of Engineering, Wuhan430033)(2. EMC Research and Measurement Center of Navy, Shanghai200235)

AbstractAn adaptive interference cancellation system(AICS) was introduced. The mathematics model of the AICS, the formulae of interference cancellation ratio (ICR) and convergence time were proposed. The short-wave interference cancellation device was developed and experimented. The experimental results showed ICR was perfect, and convergence time was short for the device. The AICS can deal with the strong electromagnetics interference in the near region, and the AICS was a new technique which resolved electromagnetics compatibility for the receiver and the transmitter of the co-site.

Key Wordsadaptive interference cancellation system, interference cancellation ratio, convergence time

Class NumberTN911.4

1引言

在艦船、飛機、通信車等有限空間的平臺上配置多頻段、多功能的通信、雷達、電子戰等電子設備時,當多個設備同時工作時會產生平臺內部的干擾問題,特別是當大功率發射機和寬帶接收機同時工作時,干擾現象尤為嚴重。當多個頻率鄰近的收發系統同時工作時,工作在發射狀態的一個或多個天線的電磁輻射必然會通過空間耦合到工作在接收狀態的天線上,這些干擾信號會影響正常通信數據的接收。當干擾嚴重到無法容忍的量級時,甚至會超過接收機的阻塞電平,從而導致接收機無法正常工作。為了有效地解決同平臺內部的電磁干擾問題,通常的方法是優化天線布局、分頻和分時等被動解決措施。由于同一平臺可供天線布置的空間相對狹小,該方法解決天線輻射干擾問題的作用受限;分頻會導致使本已寶貴的頻譜資源的浪費,分時則使收發射機無法同時工作。自適應干擾對消技術是解決這類電磁干擾問題的一種主動干擾對消方法,該技術可有效解決收發射機天線布局困難的問題,大大提高頻譜資源的利用率,使收發射機可同時工作。國外開展自適應干擾對消方面的研究工作較早[1～6],已有相應產品應用。國內有研究人員對該技術進行了跟蹤研究[7～10],但尚未見應用于艦船大功率發射干擾場合的干擾對消裝置的報道。

2自適應干擾對消技術原理

圖1　自適應輻射干擾對消技術的基本框圖

圖1是自適應干擾對消技術的基本框圖,其原理是從發射機提取參考信號,經延時匹配和矢量模塊對參考信號進行幅度和相位調整,使之與從空間耦合到接收天線的干擾信號幅度相等,相位相反,再注入合成器,對消干擾信號,從而消除同平臺大功率發射機對接收機的干擾。

3自適應干擾對消技術的實現

將圖1自適應干擾對消技術的基本框圖細化,信號取樣采用耦合器,參考信號與干擾信號用合成器合成,矢量模塊對應如圖2所示矢量調制器,矢量模塊的控制信號由參考信號與剩余信號的相關性提供。矢量調制器能調整參考信號的幅度和相位,使之與干擾信號等幅反相。具體的自適應干擾對消系統的數學模型[11]如圖3所示。

圖2　矢量調制器結構

圖3　自適應干擾對消系統數學模型

假設參考信號為

(1)

干擾信號為

VI(t)=EIcos(ωt-φ)

(2)

剩余的干擾信號為

VE(t)=kEYk1kP[W1(t)VR1(t)+W2(t)VR2(t)]

+kEIVI(t)

(3)

式(3)中,ER、EI分別是參考信號(正交功分器前端)和干擾信號的幅值,單位均為V;W1(t)、W2(t)為權值控制支路產生的權值,kO為正交功分器的耦合系數,k1為參考支路中放大器1的放大倍數,kP為功率合成器的傳輸系數,kEY與kEI分別是合成信號與接收信號的耦合系數。依據式(3),對消系統調整權值W1(t)、W2(t),從而使剩余的干擾信號VE(t)大大減小。若E0為乘法器的標稱電壓,單位為V-1,K=kskτkFEk2kCkEYkPk1ko2ER2/(2E0)為環路增益,則推導得到:

干擾對消比為

ICR≈20lgK

(4)

系統至穩態的收斂時間為

T≈7τ/(1+K)

(5)

4自適應干擾對消裝置的實驗結果

在上述研究的基礎上,研制了以模擬電路為主的短波自適應干擾對消裝置。該裝置采用閉環負反饋的自適應控制電路,在設計頻段內自動跟蹤強干擾信號,對參考信號先正交分解成兩路,分別經雙極性電調衰減器進行幅度調整后再合成,最后與接收到的干擾信號對消。

將該對消裝置用于某艦船平臺1kW短波發射機對短波接收機的干擾對消試驗。試驗結果如圖4～圖6所示。圖4中“干擾功率”為接收機接收到的干擾功率,“剩余功率”為使用對消裝置對消干擾信號后剩余的干擾信號功率。由圖4可知,在某些頻點,干擾功率超過20dBm,將會對接收機造成嚴重干擾。圖5為對消裝置的對消比。由圖5可見,對消比均在40dB以上。圖6為典型的收斂時間圖,對消裝置將干擾信號降低40dB的時間不到2ms,對比對消前后功率變化曲線可知,干擾信號還未上升到最大值就被對消裝置對消下來了,說明該對消裝置的響應快,收斂時間短。

圖4　干擾功率和剩余功率

圖5　對消裝置對消比

圖6　對消裝置的收斂時間

5結語

自適應干擾對消技術可以消除窄帶強干擾信號對敏感接收機的干擾,也可以消除強干擾信號附近一定帶寬內的寬帶噪聲。若在對消裝置中加入導頻信號進行對消時,還可在目標頻帶內降低發射機對接收機的雜散干擾。自適應干擾對消技術對共平臺收發電子設備的電磁兼容性提供了一種新的技術手段,該技術的推廣應用具有重大意義。

參 考 文 獻

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中圖分類號TN911.4

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.01.008

作者簡介:李毅,男,博士,副研究員,研究方向:射頻電路,電磁兼容與計算電磁學。何方敏,男, 博士,副研究員,研究方向:系統級電磁兼容及信號處理。李建軒,男,碩士,工程師,研究方向:電磁兼容。李文祿,男,博士,講師,研究方向:數字信號處理。

基金項目:國家自然科學基金支助項目(編號:61201055,51422705)資助。

*收稿日期:2015年7月8日,修回日期:2015年8月29日