關(guān)鍵詞：非合作干擾對消；高動態(tài)；自動增益控制；權(quán)值瞬態(tài)模型；干擾對消性能

中圖分類號：ＴＮ９７５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ DOI：１０．１２３０５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１-５０６Ｘ．２０２４．１２．０６

０引言

在通信、雷達(dá)、電子對抗等領(lǐng)域，信息傳輸鏈路暴露于日趨復(fù)雜的電磁環(huán)境，極易遭受各種類型的電磁干擾。特別是對方施加的大功率壓制干擾，這類干擾的樣式、帶寬等調(diào)制信息不能提前獲知，具有非合作特點［１２］。非合作方干擾機通過注入大功率干擾，使有用信號淹沒于干擾中，破壞甚至中斷接收機的數(shù)據(jù)接收［３４］。因此，亟需提升接收鏈路抑制非合作干擾的能力。

非合作干擾對消技術(shù)綜合利用干擾信號與有用信號的空域、時域、頻域等多維度信息，可以抑制大功率壓制干擾，具有較強的抗干擾能力［５６］。專利［７ ８］中提出空間信號取樣和數(shù)字域自適應(yīng)控制的主動干擾對消技術(shù)，能顯著提升數(shù)據(jù)鏈和衛(wèi)星通信的抗干擾能力。文獻(xiàn)［９］提出時域多抽頭對消結(jié)構(gòu)可用于抑制大功率發(fā)射機產(chǎn)生的寬帶噪聲干擾。但是，干擾信號強度受到發(fā)射功率大小、收發(fā)距離遠(yuǎn)近、電波傳播衰落等因素的影響，變化范圍大［１０］。同時，實際系統(tǒng)受限于模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ａｎａｌｏｇ-ｔｏ-ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＡＤＣ）的采樣字長，動態(tài)范圍太大，會導(dǎo)致接收信號幅度嚴(yán)重失真［１１１２］。因此，解決高動態(tài)是非合作干擾對消系統(tǒng)射頻接收電路的主要難題。

為了滿足動態(tài)范圍的需要，采用自動增益控制（ａｕｔｏ-ｍａｔｉｃｇａｉｎｃｏｎｔｒｏｌ，ＡＧＣ）可以有效擴展動態(tài)范圍［１３１４］。文獻(xiàn)［１５］針對寬帶干擾嚴(yán)重影響全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機性能的問題，采用離散傅里葉變換濾波器組進(jìn)行子帶劃分，通過多子帶ＡＧＣ提升子帶間信號的線性度，有效抑制寬帶壓制干擾。文獻(xiàn)［１６］通過理論推導(dǎo)了數(shù)字ＡＧＣ對直擴信號同步的影響機理，利用多通道ＡＧＣ自適應(yīng)算法，使得功率調(diào)整周期和同步周期一致，提升了高動態(tài)場景下的直擴信號同步性能。文獻(xiàn)［１７ １８］指出，提高ＡＧＣ 穩(wěn)態(tài)增益可以有效降低ＡＤＣ量化噪聲的影響，提升數(shù)字采樣信號的信噪比。

基于ＡＧＣ的非合作干擾對消系統(tǒng)能夠根據(jù)干擾信號強度調(diào)整射頻前端放大器的增益，使信號保持在接收機的動態(tài)范圍內(nèi)［１９］。穩(wěn)定的干擾信號有利于自適應(yīng)陣列系統(tǒng)從權(quán)矢量的初始狀態(tài)進(jìn)入權(quán)矢量的抗干擾穩(wěn)態(tài)［２０２１］。非合作干擾對消系統(tǒng)只有順利地完成這個瞬態(tài)過程，才有可能達(dá)到抗干擾的目的［２２２３］。相應(yīng)地，ＡＧＣ 由啟控到穩(wěn)態(tài)的調(diào)控過程同步影響著權(quán)矢量進(jìn)入抗干擾穩(wěn)態(tài)所要求的穩(wěn)定性、收斂速度與干擾對消比［２４２６］。因此，亟需分析ＡＧＣ 對于干擾對消系統(tǒng)瞬態(tài)特性影響的規(guī)律。

另一方面，非合作干擾對消技術(shù)采用多輔助天線的自適應(yīng)天線陣列，當(dāng)天線數(shù)目較多時，理論推導(dǎo)復(fù)雜，而且在應(yīng)用閉環(huán)最小均方（ｌｅａｓｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅ，ＬＭＳ）算法后，復(fù)雜度進(jìn)一步提高［２７］。現(xiàn)有研究大多從仿真實驗的角度分析ＡＧＣ與干擾對消性能的關(guān)系，鮮有定量理論分析［２８２９］。本文針對以上問題，做出以下貢獻(xiàn)：

（１）面向電子對抗中提升非合作干擾抑制能力的需求，提出基于ＡＧＣ 的非合作干擾對消系統(tǒng)。通過理論推導(dǎo)了ＡＧＣ穩(wěn)態(tài)增益與自相關(guān)矩陣特征值的映射關(guān)系，建立干擾對消權(quán)值瞬態(tài)模型。通過權(quán)值的解析表達(dá)式可以定量表征干擾對消性能的瞬態(tài)特性，在此基礎(chǔ)上分析ＡＧＣ穩(wěn)態(tài)增益對穩(wěn)定性、收斂速度、干擾對消比等干擾對消性能影響的規(guī)律。

（２）基于ＡＧＣ穩(wěn)態(tài)條件下的分析結(jié)論，進(jìn)一步查明ＡＧＣ調(diào)控過程中初值、步長、步長時間、多通道控制策略對權(quán)值收斂特性的作用機理，可以為ＡＧＣ方案的設(shè)計與控制策略的選擇提供參考。

（３）通過仿真和實驗驗證了ＡＧＣ對權(quán)值瞬態(tài)特性的影響規(guī)律與理論分析具有一致性，同時對比同步統(tǒng)一控制策略與異步獨立控制策略下不同的ＡＧＣ參數(shù)對權(quán)值收斂性能的影響，得到的分析結(jié)論可以有效指導(dǎo)工程實踐。

本文其余部分組織如下：第１節(jié)介紹基于ＡＧＣ的干擾對消系統(tǒng)，建立干擾信號由天線接收到對消輸出的基本框架。第２節(jié)在ＡＧＣ穩(wěn)態(tài)條件下，結(jié)合譜分析與特征子空間的方法推導(dǎo)得到權(quán)值瞬態(tài)表達(dá)式，定量分析收斂穩(wěn)定性、收斂速度、干擾對消比等性能指標(biāo)。第３節(jié)研究ＡＧＣ調(diào)控過程中兩類控制策略以及初值、步長、步長時間對消權(quán)值瞬態(tài)特性影響的機理。第４節(jié)通過數(shù)值仿真驗證ＡＧＣ對干擾對消性能的影響規(guī)律與理論分析結(jié)果的一致性。第５節(jié)搭建實驗平臺，分別設(shè)置不同的ＡＧＣ穩(wěn)態(tài)增益，對比干擾對消效果。第６節(jié)為本文結(jié)論。

１基于犃犌犆的非合作干擾對消系統(tǒng)

基于ＡＧＣ的非合作干擾對消系統(tǒng)采用“射頻前端電路＋數(shù)字中頻對消”的方案，該方案的優(yōu)點是數(shù)字域干擾對消可控性高，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的對消比。在非合作干擾場景下，射頻前端接收到的干擾信號動態(tài)范圍為７０～１２０ｄＢ［３０］。強干擾會導(dǎo)致ＡＤＣ采樣的數(shù)字信號限幅失真，而小信號又會淹沒在ＡＤＣ的量化噪聲中。因此，在射頻前端配置ＡＧＣ電路，以擴展動態(tài)范圍，保證數(shù)字信號的功率穩(wěn)定。系統(tǒng)主要由接收天線陣列、射頻前端電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元以及數(shù)字處理模塊構(gòu)成，如圖１所示。

作者簡介

王澤（１９９７—），男，博士研究生，主要研究方向為通信干擾對消、信道化接收。

何方敏（１９８２—），男，研究員，博士，主要研究方向為電磁兼容、干擾對消、信號處理。

盧洽然（１９９０—），男，博士研究生，主要研究方向為通信干擾機理、電路設(shè)計。

張云碩（１９９５—），男，博士研究生，主要研究方向為電磁防護(hù)、干擾對消。

李哲宇（１９９６—），女，博士研究生，主要研究方向為電磁防護(hù)、干擾對消。

孟進(jìn)（１９７７—），男，教授，博士，主要研究方向為電磁兼容理論、電磁干擾防護(hù)技術(shù)。

李亞星（１９８８—），男，助理研究員，博士，主要研究方向為電磁防護(hù)、干擾對消。