自适应干扰对消技术分析及应用*

李　毅　何方敏　李建轩　李文禄

(1.海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室　武汉　430033)(2.海军电磁兼容研究检测中心　上海　200235)



自适应干扰对消技术分析及应用*

李毅1何方敏1李建轩2李文禄1

(1.海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033)(2.海军电磁兼容研究检测中心上海200235)

摘要论文在介绍自适应干扰对消技术的基础上,给出了自适应干扰对消系统的数学框图及干扰对消比和对消收敛时间的计算公式,并用研制成功的短波对消装置进行了的干扰对消实验。实验结果表明该装置的干扰对消比高,收敛时间短,说明自适应干扰对消技术能有效解决近场强干扰问题,为共平台收发电子设备的电磁兼容提供了新的方法。

关键词自适应干扰对消; 干扰对消比; 收敛时间

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

在舰船、飞机、通信车等有限空间的平台上配置多频段、多功能的通信、雷达、电子战等电子设备时,当多个设备同时工作时会产生平台内部的干扰问题,特别是当大功率发射机和宽带接收机同时工作时,干扰现象尤为严重。当多个频率邻近的收发系统同时工作时,工作在发射状态的一个或多个天线的电磁辐射必然会通过空间耦合到工作在接收状态的天线上,这些干扰信号会影响正常通信数据的接收。当干扰严重到无法容忍的量级时,甚至会超过接收机的阻塞电平,从而导致接收机无法正常工作。为了有效地解决同平台内部的电磁干扰问题,通常的方法是优化天线布局、分频和分时等被动解决措施。由于同一平台可供天线布置的空间相对狭小,该方法解决天线辐射干扰问题的作用受限;分频会导致使本已宝贵的频谱资源的浪费,分时则使收发射机无法同时工作。自适应干扰对消技术是解决这类电磁干扰问题的一种主动干扰对消方法,该技术可有效解决收发射机天线布局困难的问题,大大提高频谱资源的利用率,使收发射机可同时工作。国外开展自适应干扰对消方面的研究工作较早[1～6],已有相应产品应用。国内有研究人员对该技术进行了跟踪研究[7～10],但尚未见应用于舰船大功率发射干扰场合的干扰对消装置的报道。

2自适应干扰对消技术原理

图1　自适应辐射干扰对消技术的基本框图

图1是自适应干扰对消技术的基本框图,其原理是从发射机提取参考信号,经延时匹配和矢量模块对参考信号进行幅度和相位调整,使之与从空间耦合到接收天线的干扰信号幅度相等,相位相反,再注入合成器,对消干扰信号,从而消除同平台大功率发射机对接收机的干扰。

3自适应干扰对消技术的实现

将图1自适应干扰对消技术的基本框图细化,信号取样采用耦合器,参考信号与干扰信号用合成器合成,矢量模块对应如图2所示矢量调制器,矢量模块的控制信号由参考信号与剩余信号的相关性提供。矢量调制器能调整参考信号的幅度和相位,使之与干扰信号等幅反相。具体的自适应干扰对消系统的数学模型[11]如图3所示。

图2　矢量调制器结构

图3　自适应干扰对消系统数学模型

假设参考信号为

(1)

干扰信号为

VI(t)=EIcos(ωt-φ)

(2)

剩余的干扰信号为

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

+kEIVI(t)

(3)

式(3)中,ER、EI分别是参考信号(正交功分器前端)和干扰信号的幅值,单位均为V;W1(t)、W2(t)为权值控制支路产生的权值,kO为正交功分器的耦合系数,k1为参考支路中放大器1的放大倍数,kP为功率合成器的传输系数,kEY与kEI分别是合成信号与接收信号的耦合系数。依据式(3),对消系统调整权值W1(t)、W2(t),从而使剩余的干扰信号VE(t)大大减小。若E0为乘法器的标称电压,单位为V-1,K=kskτkFEk2kCkEYkPk1ko2ER2/(2E0)为环路增益,则推导得到:

干扰对消比为

ICR≈20lgK

(4)

系统至稳态的收敛时间为

T≈7τ/(1+K)

(5)

4自适应干扰对消装置的实验结果

在上述研究的基础上,研制了以模拟电路为主的短波自适应干扰对消装置。该装置采用闭环负反馈的自适应控制电路,在设计频段内自动跟踪强干扰信号,对参考信号先正交分解成两路,分别经双极性电调衰减器进行幅度调整后再合成,最后与接收到的干扰信号对消。

将该对消装置用于某舰船平台1kW短波发射机对短波接收机的干扰对消试验。试验结果如图4～图6所示。图4中“干扰功率”为接收机接收到的干扰功率,“剩余功率”为使用对消装置对消干扰信号后剩余的干扰信号功率。由图4可知,在某些频点,干扰功率超过20dBm,将会对接收机造成严重干扰。图5为对消装置的对消比。由图5可见,对消比均在40dB以上。图6为典型的收敛时间图,对消装置将干扰信号降低40dB的时间不到2ms,对比对消前后功率变化曲线可知,干扰信号还未上升到最大值就被对消装置对消下来了,说明该对消装置的响应快,收敛时间短。

图4　干扰功率和剩余功率

图5　对消装置对消比

图6　对消装置的收敛时间

5结语

自适应干扰对消技术可以消除窄带强干扰信号对敏感接收机的干扰,也可以消除强干扰信号附近一定带宽内的宽带噪声。若在对消装置中加入导频信号进行对消时,还可在目标频带内降低发射机对接收机的杂散干扰。自适应干扰对消技术对共平台收发电子设备的电磁兼容性提供了一种新的技术手段,该技术的推广应用具有重大意义。

参 考 文 献

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[5] Nightingale S J, Sodhi G S, Austin J E. An Eight Channel Interference Cancellation System[C]//IEEEMTT-S International Microwave Symposium Digest, San Francisco, CA,2006:914-917.

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中图分类号TN911.4

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.01.008

作者简介:李毅,男,博士,副研究员,研究方向:射频电路,电磁兼容与计算电磁学。何方敏,男, 博士,副研究员,研究方向:系统级电磁兼容及信号处理。李建轩,男,硕士,工程师,研究方向:电磁兼容。李文禄,男,博士,讲师,研究方向:数字信号处理。

基金项目:国家自然科学基金支助项目(编号:61201055,51422705)资助。

*收稿日期:2015年7月8日,修回日期:2015年8月29日