宋月麗，黎仁剛

（1.江蘇科技大學(xué)，鎮(zhèn)江212003；2.船舶重工集團公司723所，揚州225001）

0 引 言

對雷達釋放有源干擾已成為雷達對抗的主要手段之一。隨著雷達抗干擾能力的提高，對電子干擾機也提出了越來越高的要求。雷達組網(wǎng)工作，多部雷達同時照射一個目標(biāo)，要求干擾機能夠同時發(fā)射對多部雷達的干擾信號；且在干擾的同時繼續(xù)偵察雷達信號，即要干擾機具備邊發(fā)邊收的功能［1］。干擾機在對雷達進行偵察的同時又釋放干擾，干擾信號會耦合進入自身偵察接收機造成偵察接收系統(tǒng)不能正常工作［2］，即是干擾機的收發(fā)隔離問題。收發(fā)隔離不好，將造成系統(tǒng)實際靈敏度降低，偵察距離減小，嚴重時甚至?xí)鹱詣右龑?dǎo)的干擾機自發(fā)自收［3］。因此，尋找一種有效削弱干擾信號對偵察接收系統(tǒng)影響的方法、增加干擾機的收發(fā)隔離度是有源干擾技術(shù)急需解決的重要問題。

本文首先分析了傳統(tǒng)的收發(fā)隔離技術(shù)，包括時分隔離、空間隔離、極化隔離等；接著分析相對傳統(tǒng)方法而言的收發(fā)隔離新技術(shù)，即自適應(yīng)的干擾消除技術(shù)，包括空域和時域2個方面，空域是指基于陣列信號處理的相控陣干擾置零技術(shù)，時域則包括基于自適應(yīng)濾波的回波抵消技術(shù)以及基于系統(tǒng)辨識的干擾消除技術(shù)；最后對各方法進行了評述總結(jié)。

1 傳統(tǒng)的收發(fā)隔離技術(shù)

文獻［3］中提到傳統(tǒng)的收發(fā)隔離技術(shù)主要采用：時分隔離、空間隔離、極化隔離。文獻［4］就艦載雷達對抗系統(tǒng)的收發(fā)隔離問題指出目前常用的解決辦法：一是降低系統(tǒng)靈敏度，二是接收與發(fā)射分時工作，后者即是指時分隔離。

（1）時分隔離

時分隔離及干擾發(fā)射與偵察接收分時工作。典型的時分隔離有：100k＿t11rou曲方式，在干擾時段內(nèi)開設(shè)若干個脈沖重復(fù)周期的接收窗；接收保護段方式，在每個雷達脈沖重復(fù)周期內(nèi)開設(shè)接收窗（窗口寬度約為最小脈沖重復(fù)周期的15%以內(nèi)）；脈內(nèi)選通方式，在每個雷達脈沖寬度內(nèi)開設(shè)接收窗（工作比＜50%）［3］。文獻［4］就艦載雷達對抗系統(tǒng)的時分隔離技術(shù)指出2種分時方式：一是同步脈沖壓制干擾加固定分時方式；二是固定分時壓制干擾方式。

由于分時工作的特點，不論采用怎樣的時分隔離方式，盡管能夠保持接收機靈敏度，但是間斷性偵察對于掃瞄雷達則只能概率偵收，干擾方面也會因干擾間斷而影響干擾效果，對多目標(biāo)的干擾能力下降。

（2）空間隔離

利用收發(fā)天線間的距離、位置和介質(zhì)材料進行隔離。

增大收發(fā)天線間距可以減少耦合進入接收天線的干擾信號，明顯提高收發(fā)隔離，但是這種方法將受到空間位置的限制，例如飛機、軍艦上的雷達干擾機，兩天線容許的距離只不過十幾米或幾十米。

天線間加吸收性隔離板對側(cè)向輻射進行吸收，這種隔離措施使2個天線間的電磁波不能直視傳輸，因而取得了較好的隔離效果［5］。但是由于電磁波的繞射，加吸收性隔離板后還會有部分電磁波繞射到達接收天線，所達到的隔離效果仍舊有限。

（3）極化隔離

極化隔離是利用收發(fā)天線的極化正交實現(xiàn)對消隔離。這種方法是通過內(nèi)饋線將干擾信號直接耦合到接收端，與通過接收天線耦合接收的干擾信號保持等幅反相，二者相加實現(xiàn)對消。文獻［6］中雷達干擾機射頻對消技術(shù)就是采用這種方式實現(xiàn)收發(fā)隔離。極化隔離的對消條件十分苛刻，受到耦合路徑、信號帶寬、信號頻率等的影響很大，必須對各種影響參數(shù)進行自適應(yīng)估計和反饋控制。對消條件控制不好時，有可能引入更大的疊加干擾噪聲，使隔離效果惡化。

（4）降低系統(tǒng)靈敏度的隔離技術(shù)

降低系統(tǒng)工作靈敏度是指在系統(tǒng)輻射干擾功率不變的情況下，通過降低接收機靈敏度使其收不到自身輻射的干擾信號，以達到解決收發(fā)隔離的目的。降低系統(tǒng)靈敏度帶來的后果是偵察設(shè)備作用距離的減小，對微弱雷達信號截獲概率的降低，也進一步影響了干擾的實施。優(yōu)點是偵察和干擾同時進行，在近距離能完全發(fā)揮出干擾威力［4］。

文獻［4］在分析降低系統(tǒng)靈敏度及收發(fā)分時工作2種解決辦法利弊的基礎(chǔ)上，提出了建立起收發(fā)隔離表的解決辦法。這種方法首先要由雷達干擾機在工作頻段內(nèi)分別以不同的頻率，順序從各方位輻射干擾信號，雷達信號接收機分別測量每個方位和頻率點在各個測頻、測向支路收到的干擾信號的幅度，據(jù)此調(diào)整接收機的靈敏度，建立起收發(fā)隔離表。干擾機工作時就根據(jù)收發(fā)隔離表動態(tài)設(shè)置測頻、測向接收機的靈敏度，使所有測頻、測向支路均收不到自身的干擾信號，保證接收的雷達信號不被干擾污染。這種工作方式綜合了降低系統(tǒng)靈敏度和收發(fā)分時2種方法的優(yōu)點，但要求偵察接收機在各個測頻、測向支路均配置高速數(shù)控衰減器，增加了設(shè)備量，同時在干擾狀態(tài)下破壞了測向接收機通道的平衡。

2 自適應(yīng)的收發(fā)隔離新技術(shù)

大規(guī)模集成電路和數(shù)字處理技術(shù)的快速發(fā)展，為各種新技術(shù)的研究和實現(xiàn)提供了強大的硬件支持，人們也逐漸在收發(fā)隔離問題的研究上尋求新的突破。采用自適應(yīng)的干擾消除技術(shù)來解決收發(fā)隔離問題，分別在空域和時域2個方面取得了新的成果，在空域上出現(xiàn)了基于陣列信號處理的相控陣自適應(yīng)干擾置零技術(shù)，時域上則有基于自適應(yīng)濾波以及基于系統(tǒng)辨識的干擾對消技術(shù)。

2.1 空域自適應(yīng)干擾對消技術(shù)

2.1.1 空域自適應(yīng)干擾對消技術(shù)原理簡述

空域自適應(yīng)干擾對消即基于陣列信號處理的相控陣自適應(yīng)干擾置零技術(shù)。

陣列信號處理基于傳感器的陣列結(jié)構(gòu)，即將一組傳感器按一定方式布置在空間不同位置上形成傳感器陣列。傳感器陣列因其具有靈活的波束控制、高信號增益、極強的抗干擾能力以及高空間分辨力等優(yōu)點，近幾十年來得以蓬勃發(fā)展［7］。

相控陣自適應(yīng)干擾置零技術(shù)依賴于自適應(yīng)波束形成，是通過對各陣元加權(quán)進行空域濾波。在干擾到達方向形成零點，而且可以根據(jù)信號環(huán)境的改變自適應(yīng)地改變陣元加權(quán)因子。設(shè)w為陣元加權(quán)因子，θm為干擾到達方向，θl為陣列約束期望信號方向，α（θ）為陣列導(dǎo)向矢量，通過自適應(yīng)波束形成算法計算權(quán)值，使權(quán)值最終滿足：

2.1.2 自適應(yīng)波束形成算法研究現(xiàn)狀

波束形成算法是在一定的準(zhǔn)則下綜合各輸入信息來計算最優(yōu)權(quán)值的數(shù)學(xué)方法。最重要、最常用的準(zhǔn)則有：最大信噪比準(zhǔn)則（SNR）、最大信干噪比準(zhǔn)則（MSINR）、最小均方誤差準(zhǔn)則（MMSE）、最大似然比準(zhǔn)則（MLH）。

自適應(yīng)波束形成算法是相控陣干擾置零技術(shù)的關(guān)鍵，經(jīng)典的自適應(yīng)波束形成算法有最小均方（LMS）算法、遞推最小二乘（RLS）算法、采樣矩陣求逆（SMI）算法、最小方差無失真響應(yīng)（MVDR）算法。自適應(yīng)波束形成技術(shù)在實際應(yīng)用中遇到了許多不同問題，如相干信源的情況、信源數(shù)大于或等于陣元數(shù)的過載情況、期望信號與干擾信號波達方向等先驗知識未知的情況、非高斯信號下消除非高斯干擾信號的情況等，為在各種惡劣情況下保持波束形成的良好效果，出現(xiàn)了很多新的或改進的自適應(yīng)波束形成算法，如基于斜投影的波束形成算法、近似最小方差波束形成算法、基于高階累積量的波束形成算法、周期自適應(yīng)波束形成（CAB）類盲波束形成算法等［7］。

2.2 時域自適應(yīng)干擾對消技術(shù)

2.2.1 基于自適應(yīng)濾波的干擾對消技術(shù)

2.2.1.1 自適應(yīng)干擾對消原理

自適應(yīng)干擾對消器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其原理如下：主通道的輸入信號d（n）是雷達信號s（n）與耦合干擾信號x0（n）之和，參考通道輸入是與x0（n）相關(guān)的另一個干擾信號x（n），它可以從干擾機通過饋線直接耦合到接收端得到。當(dāng)s（n）與x0（n）不相關(guān)時，自適應(yīng)濾波器將調(diào)整自身參數(shù)，以力圖使輸出y（n）成為x0（n）的最優(yōu)估計。這樣e（n）將逼近信號s（n），干擾噪聲就得到一定程度的對消［8－10］。

圖1 自適應(yīng)干擾對消的原理框圖

2.2.1.2 基于自適應(yīng)濾波的干擾對消技術(shù)研究現(xiàn)狀

基于自適應(yīng)濾波的干擾對消技術(shù)的研究集中體現(xiàn)在尋求采用不同自適應(yīng)算法的自適應(yīng)濾波器來實現(xiàn)干擾對消。初始收斂速度、時變系統(tǒng)跟蹤能力及穩(wěn)態(tài)失調(diào)是衡量自適應(yīng)濾波算法優(yōu)劣的3個最重要的技術(shù)指標(biāo)。

由Widrow和Hoff提出的LMS算法，因其具有計算量小、易于實現(xiàn)等優(yōu)點而被廣泛采用。文獻［11］對基于LMS算法的干擾對消做了仿真研究，指出了LMS算法在提高收斂速度和減小穩(wěn)態(tài)誤差之間存在矛盾。

近年來，為克服LMS算法存在的缺點提出了很多改進的LMS算法，最廣泛采用的方法之一是在LMS算法的權(quán)系數(shù)遞推中采用時變步長代替標(biāo)準(zhǔn)LMS算法中的固定步長。

文獻［12］提出了一種步長為Sigmoid函數(shù)的變步長LMS算法——SVSLMS算法：

該算法的步長μ（n）是e（n）的Sigmoid函數(shù)。變步長在一定程度上緩解了LMS算法提高收斂速度與減小穩(wěn)態(tài)失調(diào)間的矛盾［13］。但Sigmoid函數(shù)比較復(fù)雜，增加了計算量，且在誤差e（n）接近零處變化太大，不具有緩慢變化的特征，使得該算法在自適應(yīng)穩(wěn)態(tài)階段仍有較大的步長變化。

為了克服上述改進LMS算法的不足，在SVSLMS算法的基礎(chǔ)上，向著既能降低Sigmoid函數(shù)計算的復(fù)雜度，又能更好地提高算法收斂性能的方向作進一步改進。文獻［14］提出了一種基于改進的Sigmoid函數(shù)的變步長LMS算法，即變步長μ是e（n）的如下函數(shù)：

文獻［15］在改進的Sigmoid函數(shù)基礎(chǔ)上再次改進，給出新的Sigmoid函數(shù)：

式中：參數(shù)β＞0，仍控制函數(shù)的取值范圍，在滿足算法收斂的條件下適當(dāng)?shù)卦龃螃?，可提高收斂速度；參?shù)α＞0和參數(shù)m＞1用來控制函數(shù)曲線的形狀，合理選取α值可減小穩(wěn)態(tài)誤差。

除了基于Sigmoid函數(shù)來實現(xiàn)變步長LMS算法外，對歸一化LMS（NLMS）算法進行改進實現(xiàn)的變步長LMS算法在自適應(yīng)干擾對消中也同樣得到了廣泛研究。歸一化LMS算法的步長μ（n）表達式如下：

式中：μ0為常數(shù)，可取為1；eps為一很小的正數(shù)，為了防止輸入向量X（n）的歐式平方范數(shù) ‖X（n）‖2過小而引起μ（n）太大。

文獻［16］在NLMS算法的基礎(chǔ)上提出NVSS算法，該算法步長μ（n）表達式如下：

式中：μ0為常數(shù)，選擇標(biāo)準(zhǔn)是在快的收斂速度和小的穩(wěn)態(tài)誤差之間尋求平衡。

文獻［17］在上述NVSS算法的基礎(chǔ)上進行改進，提出λNVSS算法，其中步長μ（n）的表達式如下：

式中：ρ＞0，為修正系數(shù)；λn為第n步迭代的誤差系數(shù)。

文獻［18］又在λNVSS算法的基礎(chǔ)上提出改進的λNVSS算法：

除此之外，采用變換域分塊處理技術(shù)的快速LMS算法及其改進，亦能大大減小計算量，改善算法收斂性能。

對LMS算法進行改進提出的各種LMS算法，使得LMS算法的應(yīng)用得到進一步推廣，應(yīng)用的范圍也從平穩(wěn)環(huán)境過渡到非平穩(wěn)的復(fù)雜系統(tǒng)。變步長的LMS算法在自適應(yīng)過程開始時，選用較大的步長以保證快的收斂速度；然后讓步長逐漸減小，以保證算法在收斂到穩(wěn)態(tài)后能夠保持較小的穩(wěn)態(tài)失調(diào)。

2.2.2 基于系統(tǒng)辨識的干擾對消技術(shù)

2.2.2.1 基于系統(tǒng)辨識的干擾對消技術(shù)原理

雷達對抗中干擾消除的目的就是要除去電子干擾機發(fā)射的干擾信號通過耦合通路耦合到自身偵察接收機的部分，如果能夠找到一個等價的系統(tǒng)模型來擬合未知的干擾信號耦合通路，使得在輸入為發(fā)射的干擾信號時，輸出響應(yīng)為通過耦合通路耦合到自身偵察接收機的干擾信號，然后在偵察接收機前端減去這個響應(yīng)信號，即實現(xiàn)了干擾消除，這就是基于系統(tǒng)辨識的方法來實現(xiàn)干擾對消的工作原理［19］。

從這一方法的實現(xiàn)原理可以知道基于系統(tǒng)辨識的干擾對消技術(shù)的核心問題就是系統(tǒng)辨識，即要找到一個能很好擬合干擾耦合通路的模型才能夠使該模型的輸出最佳逼近偵察接收機收到的自身干擾信號，從而最大程度地消除干擾。

2.2.2.2 系統(tǒng)辨識方法研究現(xiàn)狀

系統(tǒng)辨識是隨著控制理論發(fā)展起來的，并在社會科學(xué)及自然科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的關(guān)注和研究，越來越豐富著系統(tǒng)辨識的方法［8］［20－22］。

（1）經(jīng)典的系統(tǒng)辨識

經(jīng)典系統(tǒng)辨識方法的發(fā)展已經(jīng)比較成熟和完善，包括階躍響應(yīng)法、脈沖響應(yīng)法、頻率響應(yīng)法、相關(guān)分析法、譜分析法、最小二乘法和極大似然法等。隨著科技社會的發(fā)展進步，出現(xiàn)越來越多的具有不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)。而對于這類系統(tǒng)，經(jīng)典的辨識建模方法逐漸暴露出它的局限性，如利用最小二乘法的系統(tǒng)辨識法一般要求輸入信號已知，并且必須具有較豐富的變化，然而，這一點在某些動態(tài)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸入常常無法保證；經(jīng)典的辨識方法對于某些復(fù)雜系統(tǒng)在一些情況下無能為力。

（2）現(xiàn)代的系統(tǒng)辨識

隨著系統(tǒng)辨識的廣泛關(guān)注和深入研究，非線性系統(tǒng)建模已從用線性模型逼近發(fā)展到用非線性模型逼近的階段。對于復(fù)雜系統(tǒng)的辨識提出了很多新的辨識方法，主要有集員系統(tǒng)辨識法、多層遞階系統(tǒng)辨識法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)辨識法、遺傳算法系統(tǒng)辨識法、模糊邏輯系統(tǒng)辨識法、小波網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)辨識法、基于自適應(yīng)濾波的系統(tǒng)辨識法等。

文獻［19］采用自適應(yīng)濾波器對耦合通路辨識來實現(xiàn)干擾對消。并在對方雷達使用信號為單頻調(diào)制連續(xù)正弦波、干擾機施加遮蓋干擾和雷達使用調(diào)制脈沖、干擾機使用欺騙干擾2種情況下，研究對消效果。通過對2種不同干擾模型的仿真研究，驗證了采用系統(tǒng)辨識的方法實現(xiàn)干擾對消的可行性。在實際應(yīng)用中，可以周期性地發(fā)射寬帶噪聲信號對耦合通路不斷進行辨識，以保證干擾機所處環(huán)境發(fā)生變化時仍能使系統(tǒng)達到最好的工作狀態(tài)。

3 結(jié)束語

傳統(tǒng)的收發(fā)隔離技術(shù)的弊端日益凸顯。近年來，隨著自適應(yīng)信號處理方法的廣泛研究和應(yīng)用，采用自適應(yīng)的干擾對消技術(shù)來實現(xiàn)收發(fā)隔離成為研究熱點。如空域相控陣自適應(yīng)干擾置零技術(shù)，但這一技術(shù)的應(yīng)用需要相應(yīng)的設(shè)備支持，相對其他實現(xiàn)方法需要更大的設(shè)備量，且只能用在相控陣的體制中；時域的自適應(yīng)收發(fā)隔離技術(shù)主要出現(xiàn)了基于自適應(yīng)濾波器的回波抵消技術(shù)和基于系統(tǒng)辨識的干擾對消技術(shù)。

基于自適應(yīng)濾波器的回波抵消技術(shù)相比傳統(tǒng)隔離技術(shù)能夠更好地消除干擾，且設(shè)備量小，易于實現(xiàn)；然而，這一技術(shù)在干擾信號與雷達信號具有強相關(guān)性的情況（如存儲轉(zhuǎn)發(fā)式的欺騙性干擾）下會將雷達信號也一同抵消。

基于系統(tǒng)辨識的干擾對消技術(shù)尚未得到廣泛研究應(yīng)用，現(xiàn)有的文獻研究成果表明基于系統(tǒng)辨識可以實現(xiàn)干擾對消從而明顯改善雷達對抗中的收發(fā)隔離，并且該方法在干擾機發(fā)射與雷達信號強線性相關(guān)的干擾信號時不會將雷達信號連同干擾信號一起抵消。因此，基于系統(tǒng)辨識來解決收發(fā)隔離問題將成為一個重要的研究方向。

［1］陳方予，宋勇輝，李明.一種在調(diào)制域上實現(xiàn)干擾機收發(fā)隔離的方法［J］.航天電子對抗，2007（6）：45－48.

［2］馮存前，張永順，方棉佳.基于新算法的干擾機自適應(yīng)收發(fā)隔離技術(shù)［J］.航天電子對抗，2003（5）：19－22.

［3］饒睿楠.自適應(yīng)對消的收發(fā)隔離技術(shù)［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2006.

［4］劉連柱，金吉學(xué).系統(tǒng)收發(fā)隔離解決方案探討［J］.電子對抗，2006（3）：43－45.

［5］呂波，鄭秋容，袁乃昌.一種改善雷達收發(fā)隔離的新方法［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2008，30（8）：1595－1597.

［6］鄒震，楊曄.雷達干擾機射頻對消技術(shù)［J］.艦船電子對抗，2010，33（3）：39－42.

［7］張小飛，汪飛，徐大專.陣列信號處理的理論和應(yīng)用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2010.

［8］張春暉，張朝柱，王立國.自適應(yīng)信號處理技術(shù)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

［9］Haykin S.Adaptive Filter Theory［M］.New Jersey：Prentice－Hall，2001.

［10］Widrow B，Sterns S D.Adaptive Signal Processing［M］.New Jersey：Prentice－Hall，1985.

［11］馮存前，張永順.提高收發(fā)隔離度的自適應(yīng)對消技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代雷達技術(shù)，2004，26（2）：61－63.

［12］覃景繁，歐陽景正.一種新的變步長自適應(yīng)濾波算法［J］.數(shù)據(jù)采集與處理，1997，12（3）：171－194.

［13］盛三元，王建華.一種新的變步長LMS自適應(yīng)濾波算法［J］.華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2002，16（3）：50－52.

［14］高鷹，謝勝利.一種變步長LMS自適應(yīng)濾波算法及分析［J］.電子學(xué)報，2001，29（8）：1－4.

［15］馮存前，張永順.變步長頻域快速自適應(yīng)收發(fā)隔離算法研究［J］.電子對抗技術(shù)，2004，19（5）：22－25.

［16］Anderson Paul D，Imgram Mary Ann.The performance of the least mean squares algorithm combined with spatial smoothing［J］.IEEE Transactions on Signal Processing，1997，45（4）：1005－1012.

［17］楊金明，王偉強.一種可變步長LMS算法及其性能分析［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，34（3）：61－64.

［18］馬二濤，李建海，劉保華.改進變步長LMS算法在系統(tǒng)辨識中的應(yīng)用及性能分析［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（6）：145－147.

［19］張凱，王建業(yè)，馮增輝.基于自適應(yīng)系統(tǒng)辨識的收發(fā)隔離技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2010，38（1）：77－80.

［20］Manolakis Dimitris G，Ingle Vinay K，Kogon Stephen M.Statistical and Adaptive Signal Processing［M］.London：Artech House，Inc，2005.

［21］Lennart Ljung.System Identification Theory for The User［M］.Beijing：Tsinghua University Press，2002.

［22］劉黨輝，蔡遠文，蘇永芝.系統(tǒng)辨識方法及應(yīng)用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2010.