一種空時聯合抗干擾方法研究

謝學東 劉杰 王小旗 韓菁 侯浩

摘要：針對星地測控通信鏈路中的電磁信號干擾，提出空域時域聯合的干擾抑制方法。利用地面陣列天線，分離不同方向的各類干擾，等效為接收端多個信道接收的遠場信號。通過陣列天線各單元之間的相位差，進行信號波束形成和空間譜估計。采用空時聯合干擾抑制方法，將一維的時域和空域干擾抑制拓展至時間與空間聯合的二維域內，對干擾信號進行空時二維濾波，并對濾波算法進行了優化設計。通過對單個寬帶干擾信號、3個寬帶干擾信號的仿真驗證，干擾抑制能力達到了80 dB。

關鍵詞：陣列天線；空時二維處理；線性約束最小方差準則；誤差估計

中圖分類號：TN967.1文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2023）06-58-4

0引言

目前，國內外航天測控系統大多采取直接序列擴頻和跳擴頻混合技術，利用糾錯編碼技術來增強星地測控通信鏈路的干擾抑制能力。但這些都是在設計之初確定的，系統建成后，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，不能隨著干擾信號的變化而變化。特別是在對方采取有針對性的干擾時，勢必超出其設計容限，造成接收信道的信噪比惡化[2]，乃至星地測控鏈路中斷；嚴重時，還將毀傷在軌衛星、地面測控設備。

為應對日益惡化的空間電磁環境，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來應對各種手段的干擾，要求測控系統的干擾感知與抗干擾一體化設計能夠依據不同的干擾特性，自適應選擇相應的防護措施，這樣，才能保證抗干擾性能具有針對性、實用性、時效性。這就要求，首先，系統能夠對干擾進行檢測識別，判決干擾的種類、頻率、調制方式等[3]；然后，才能針對不同的干擾信號類型，選取不同的防護方法，予以干擾抵消[4]，從而實現航天測控鏈路干擾自適應防護的智能決策，提高系統的自主防護性能，提升系統在惡劣電磁環境下的頑存性。

本文利用陣列天線的空域、時域聯合干擾抑制方法，通過天線陣元分離信號和干擾的遠場特征，完成對空間干擾信號的空域濾除，可有效消除時域濾波、頻域濾波難以消除的寬帶干擾信號。同時，空時聯合處理時，即在空域處理的同時，引入了時域處理，大大增加了系統抗干擾處理的自由度，提高了干擾處理算法的穩健性，比單純的空域濾波或時域濾波效果更好，能夠抑制更多的干擾信號，保證了系統的可靠性。

1陣列天線的模型

針對信號接收處理中干擾抑制的特點，可以等效為個遠場信號入射到天線陣面，其中天線陣面包含個單元，各單元接收到空間干擾信號后，傳輸至信號處理器，處理器并行處理個信道的干擾信號[5]。

2空時聯合抗干擾算法

空時聯合干擾抑制處理算法，是將空時頻域單一處理方法擴充至時空聯合的二維域中，形成空時多維聯合處理方法[6]。從單一時刻的空域延遲來看，不同的天線陣元形成了不同干擾的匹配分離。它可以區分空域的不同干擾，利用空間零陷濾波技術消除不同空域的干擾信號；從天線陣元的各個接收單元來看，各通道時延分離構成了時域FIR濾波，根據自適應濾波原理，可在時域進行干擾消除，從而形成時域干擾抑制[7]。

空時聯合處理算法可以在時域和空域的二維空間有效抑制干擾，算法的關鍵在于空時權矢量求解的計算方法?？諘r權矢量求解的方法是選取約束準則進行處理[8]。目前，使用較為廣泛的約束準則包括LCMV準則、最大后驗概率準則、最小功率準則等。工程應用中，根據不同的測算環境，選擇相適應的約束準則可以得出較為理想的結果。在上述常用約束準則中，線性約束最小方差準則算法比較適合處理擴頻信號的干擾抑制，主要利用信號功率強度遠低于干擾信號和噪聲的特點，可采用降低干擾信號強度，而信號成分基本無的特點，有效抑制干擾信號在信道處理中的強度影響[9]。

3算法改進

在實際應用中，理論仿真效果和實際效果存在一定差距，這是因為，信道幅相誤差的存在是不可避免的，并且空間環境十分復雜，因此，陣列天線信號的處理要實現從理論到工程的轉化，還需要解決實際應用中所面臨的現實問題，必須進一步提高算法的魯棒穩定性能。