基于干擾對(duì)消的電臺(tái)主動(dòng)式干擾管理方法*

劉宏波，張雲(yún)碩，孟 進(jìn)，蘇彬彬

（海軍工程大學(xué)艦船綜合電力技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430033）

0 引言

干擾管理需要實(shí)時(shí)地處理各種隨時(shí)發(fā)生的信息，對(duì)處理時(shí)間的要求較高，而模型的求解大多是NP-Hard 問題，因此，求解起來十分困難。目前干擾管理大多采用數(shù)學(xué)模型的方式，干擾管理模型大致分為兩類：一類為數(shù)學(xué)模型，另一類為圖模型［4-11］。近幾年，干擾管理模型和算法的研究進(jìn)展較快［12-16］。由于干擾管理問題較為復(fù)雜，數(shù)學(xué)模型也較復(fù)雜且抽象，因此，建模工作比較困難。

采用干擾對(duì)消技術(shù)的干擾管理已經(jīng)具有消除電子系統(tǒng)電磁干擾的手段和成果。電磁干擾對(duì)通信系統(tǒng)帶來的危害具體表現(xiàn)為：1）導(dǎo)致接收機(jī)前端電路發(fā)生非線性飽和失真，形成壓制或阻塞干擾，影響接收機(jī)正常工作，嚴(yán)重時(shí)無法通信［1］；2）增大接收噪聲，導(dǎo)致誤碼率上升、通信接收靈敏度下降，有效通信距離大幅度下降；3）惡化電磁環(huán)境［2］，制約頻譜資源利用率和用戶容量，影響射頻集成系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能發(fā)揮。傳統(tǒng)的電磁干擾管理方案主要包括：1）合理布局天線，增大收發(fā)天線間的隔離度，然而由于平臺(tái)空間有限，天線布局能夠提供的隔離度有限；2）采用濾波器技術(shù)濾除接收機(jī)帶外干擾，但濾波器對(duì)于落入到接收機(jī)帶內(nèi)和臨帶的干擾抑制能力有限；3）通過電磁兼容管理手段，使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)以時(shí)分或頻分的方式工作，這種方式以降低頻譜利用效率為代價(jià)，降低了平臺(tái)同時(shí)通信能力。傳統(tǒng)干擾管理技術(shù)存在同址干擾和非同址干擾辨識(shí)難、應(yīng)對(duì)場(chǎng)景變化感知能力差的問題，無法消除干擾，影響通信系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用。

綜上所述，盡管干擾管理研究已取得了較大的進(jìn)展，但是目前運(yùn)用干擾管理方法解決實(shí)際問題還存在許多局限。目前干擾管理的相關(guān)理論方法大多是針對(duì)特定的問題提出，將干擾管理理論應(yīng)用于解決艦船條件下的通信電臺(tái)電磁干擾問題，研究干擾產(chǎn)生原因、干擾特征、耦合關(guān)系和被干擾機(jī)理。由于問題的復(fù)雜性和求解的實(shí)時(shí)性要求，基于干擾對(duì)消技術(shù)的電臺(tái)主動(dòng)式干擾管理方法，是干擾管理的難點(diǎn)問題。

1 干擾對(duì)消方法分析

1.1 干擾對(duì)消分類

干擾對(duì)消是主動(dòng)方式的干擾管理方法之一，核心思想是利用干擾源來消除干擾，在發(fā)射端提取參考信號(hào)，通過自適應(yīng)算法產(chǎn)生對(duì)消信號(hào)，對(duì)消信號(hào)與干擾信號(hào)在接收機(jī)前端抵消，從而消除干擾。

根據(jù)干擾對(duì)象不同，干擾對(duì)消技術(shù)分為合作干擾對(duì)消和非合作干擾對(duì)消，兩種干擾對(duì)消的數(shù)學(xué)模型是一樣的，區(qū)別在于合作干擾對(duì)消的參考信號(hào)可直接從發(fā)射機(jī)提取，如圖1 所示；非合作干擾對(duì)消的參考信號(hào)需要通過空域自適應(yīng)處理方法分離出干擾和通信信號(hào)，再進(jìn)行正負(fù)抵消，如圖2 所示。

圖1 合作干擾對(duì)消Fig.1 Cooperative Interference Cancellation

圖2 非合作干擾對(duì)消Fig.2 Non cooperative interference cancellation

1.2 干擾對(duì)消的原理

干擾對(duì)消技術(shù)的數(shù)學(xué)原理主要有兩個(gè)：1）正交矢量分解，把提取的參考信號(hào)進(jìn)行正交兩路分解后，分別對(duì)其幅度進(jìn)行調(diào)整，得到一個(gè)與空間干擾信號(hào)大小相等、方向相反的對(duì)消信號(hào)來消除干擾信號(hào)；2）自適應(yīng)控制，通過不斷調(diào)整控制權(quán)值，使干擾信號(hào)與參考信號(hào)大小相等、方向相反，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)消?；诟蓴_對(duì)消技術(shù)的主動(dòng)式干擾管理原理如下頁圖3 所示，其中，圖3（a）合作電磁干擾源的參考信號(hào)是直接從發(fā)射機(jī)（共平臺(tái)）提取的，這種方法只適用于解決同一個(gè)平臺(tái)內(nèi)設(shè)備與系統(tǒng)之間的電磁兼容問題；實(shí)際的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境還包括對(duì)手施加的有意干擾，如圖3（b）非合作電磁干擾采用空域信號(hào)自適應(yīng)處理方法，分離出干擾和通信信號(hào)，再采用正負(fù)抵消方法消除干擾。

圖3 基于干擾對(duì)消技術(shù)的主動(dòng)式干擾管理方法Fig.3 Active interference management method based on interference cancellation technology

下一步，針對(duì)同址干擾和非同址干擾輻射干擾防護(hù)的重大需求，設(shè)計(jì)基于干擾對(duì)消技術(shù)的主動(dòng)式干擾管理方法，對(duì)系統(tǒng)的干擾管理方法和干擾抑制技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化。

2 主動(dòng)式干擾管理系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)

2.1 干擾管理的分類

根據(jù)工作方式，干擾管理方法可以分為被動(dòng)方式和主動(dòng)方式。被動(dòng)方式包括合理布置離散天線位置或增加隔離物、增大收發(fā)系統(tǒng)的頻率間隔和系統(tǒng)分時(shí)工作。但艦艇平臺(tái)空間有限，收發(fā)天線的距離和位置受空間限制不能隨意改變，頻率管控犧牲了信道的利用率，時(shí)間管控犧牲了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求高、工作速率高、帶寬大，此時(shí)空間、頻率和時(shí)間管控都不能滿足系統(tǒng)需求。

根據(jù)干擾管理的技術(shù)體制不同，可分為時(shí)域、頻域、空域、碼域和多點(diǎn)協(xié)作傳輸?shù)雀蓴_管理方法。各種干擾管理方式特性如表1 所示。

表1 各種干擾管理方式特性Table 1 Characteristics of various interference management modes

2.2 總體框架設(shè)計(jì)

通信網(wǎng)絡(luò)干擾管理環(huán)如圖4 所示。干擾認(rèn)知技術(shù)是前提和基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)抗干擾決策技術(shù)是必要環(huán)節(jié)，抗干擾波形設(shè)計(jì)技術(shù)是重要手段。整個(gè)過程對(duì)收發(fā)前端技術(shù)、環(huán)境感知技術(shù)以及優(yōu)化技術(shù)都有較高的要求，可歸納為以“認(rèn)知-決策-行為”為技術(shù)核心的閉環(huán)設(shè)計(jì)過程。

圖4 通信網(wǎng)絡(luò)干擾管理環(huán)Fig.4 Communication network interference management ring

主動(dòng)式干擾管理系統(tǒng)的原理框圖如圖5 所示，包括干擾感知、干擾管理決策和執(zhí)行模塊。其中，干擾感知模塊包括干擾分布和干擾結(jié)構(gòu)特征分析，干擾管理決策模塊包括干擾管理策略和干擾管理方式庫；執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)干擾對(duì)消或資源分配功能。網(wǎng)絡(luò)干擾環(huán)境具有動(dòng)態(tài)特征，一方面源于網(wǎng)絡(luò)本身，另一方面可能來自干擾管理策略的執(zhí)行，干擾感知模塊又重新對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行感知，并提供對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)性能的評(píng)估。

圖5 主動(dòng)式干擾管理系統(tǒng)的原理框圖Fig.5 Principle block diagram of active jamming management system

針對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的干擾管理方法主要包括：

1）構(gòu)建多維度干擾空間

為確立通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與干擾管理的互動(dòng)關(guān)系，首先需要從多個(gè)維度研究干擾狀態(tài)信息的表征與評(píng)價(jià)，這需要對(duì)不同維度的干擾參數(shù)考察量進(jìn)行有機(jī)結(jié)合從而形成干擾的多維表示。進(jìn)一步探索網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及資源分配方法等對(duì)干擾形態(tài)和分布的影響，通過估計(jì)和預(yù)測(cè)等方法對(duì)干擾信息進(jìn)行加工，以適應(yīng)不同層次的干擾管理需求。

2）通信資源和干擾的聯(lián)合管理

多維度的干擾空間能夠刻畫網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與用戶間干擾的關(guān)系?；诙嗑S度干擾空間，可以充分挖掘干擾的多維特性，即浪費(fèi)資源的無線干擾和提升容量的無線干擾。以此作為網(wǎng)絡(luò)資源及干擾的管控依據(jù)，聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)資源設(shè)計(jì)高效的干擾管理機(jī)制，有效利用新型無線傳輸機(jī)制帶來的增益，提升網(wǎng)絡(luò)容量。

3）干擾管理動(dòng)態(tài)機(jī)制

確立并完善干擾管理環(huán)，設(shè)計(jì)智能動(dòng)態(tài)的干擾管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量的提升。

2.3 干擾管理決策模塊設(shè)計(jì)

艦船電磁環(huán)境具有非平穩(wěn)的特點(diǎn)，干擾形式復(fù)雜多變，盲目使用預(yù)設(shè)波形、算法和協(xié)議效果不佳，需要在實(shí)時(shí)決策的基礎(chǔ)上在線設(shè)計(jì)抗干擾波形。在離線波形庫和干擾先驗(yàn)信息的基礎(chǔ)上，通過建立抗干擾波形在線優(yōu)化問題模型，采用快速優(yōu)化算法設(shè)計(jì)波形匹配電磁環(huán)境，滿足系統(tǒng)抗干擾性能需求。

根據(jù)干擾認(rèn)知結(jié)果及艦船平臺(tái)鏈路質(zhì)量，在多設(shè)備抗干擾門限要求和系統(tǒng)容量要求等約束條件下，采用基于知識(shí)庫的學(xué)習(xí)推理和多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化，完成實(shí)時(shí)決策過程。干擾管理決策系統(tǒng)框架如圖6 所示。

圖6 干擾管理決策模塊框架Fig.6 Framework of jamming management decision-making module

干擾管理決策系統(tǒng)包含學(xué)習(xí)推理模塊和決策調(diào)整模塊。其中，學(xué)習(xí)推理模塊基于原有參數(shù)和知識(shí)庫，從環(huán)境中學(xué)習(xí)更新并利用輸出系統(tǒng)參數(shù)反饋調(diào)整；決策調(diào)整模塊基于學(xué)習(xí)推理和多目標(biāo)優(yōu)化，根據(jù)實(shí)際需求，在多目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的解空間中尋找最優(yōu)解，并通過調(diào)整目標(biāo)函數(shù)加權(quán)系數(shù)改變抗干擾策略。

為解決艦船平臺(tái)的干擾問題，擬將艦船通信、雷達(dá)及電子戰(zhàn)等設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)，以及抗干擾波形設(shè)計(jì)引入決策空間，利用優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的自適應(yīng)選擇。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)有多個(gè)且可能相互矛盾，例如降低誤碼率需要增大發(fā)射功率，與實(shí)現(xiàn)功率消耗減小等目標(biāo)矛盾。因此，在決策調(diào)整過程中，多個(gè)目標(biāo)函數(shù)不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)?？筛鶕?jù)實(shí)時(shí)抗干擾需求，對(duì)不同目標(biāo)函數(shù)賦予權(quán)值，建立加權(quán)多目標(biāo)優(yōu)化問題模型。在普通靜態(tài)環(huán)境中，決策系統(tǒng)能在不同約束條件下完成多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，輸出最優(yōu)系統(tǒng)參數(shù)和抗干擾波形。然而，艦船平臺(tái)多設(shè)備協(xié)同工作，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，且系統(tǒng)參數(shù)與目標(biāo)函數(shù)相互依賴和制約，優(yōu)化問題會(huì)異常復(fù)雜，影響了算法的優(yōu)化速度。因此，如何選擇和設(shè)計(jì)適應(yīng)性更強(qiáng)、效率更高的算法，是實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)面臨的一大挑戰(zhàn)。

3 國(guó)內(nèi)外干擾對(duì)消技術(shù)探討

3.1 合作干擾對(duì)消技術(shù)

國(guó)外對(duì)干擾對(duì)消技術(shù)的研究集中于合作干擾對(duì)消。20 世紀(jì)60 年代開始，為了消除艦船、飛機(jī)、戰(zhàn)車等天線密集平臺(tái)內(nèi)部的輻射干擾問題，美國(guó)原子公司就提出采用正交矢量合成原理實(shí)現(xiàn)閉環(huán)干擾對(duì)消技術(shù)。80 年代初，美國(guó)羅馬航空發(fā)展中心研制出225 MHz～400 MHz 頻段的合作干擾對(duì)消裝置，應(yīng)用于美國(guó)空軍機(jī)載通信系統(tǒng)，平均干擾對(duì)消比為55 dB。80 年代末，英國(guó)也開始了合作干擾對(duì)消技術(shù)研究，由Cobham 公司生產(chǎn)合作干擾對(duì)消裝置并推廣應(yīng)用。到90 年代初，裝置已經(jīng)在美軍的布萊德雷步兵戰(zhàn)車、悍馬軍車、斯普魯恩斯級(jí)驅(qū)逐艦、英國(guó)“大刀”級(jí)導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦和EH101 型直升機(jī)上取得應(yīng)用。2003年，Cobham 公司研制出小型化的合作干擾對(duì)消裝置，體積縮小了4 倍，工作頻率范圍30 MHz～512 MHz，干擾對(duì)消比40 dB～70 dB，最多對(duì)消通道數(shù)8 個(gè)，已成功裝備于美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)搜救通信系統(tǒng)、美陸軍車載移動(dòng)戰(zhàn)斗指揮系統(tǒng)、美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)輕型裝甲指揮控制車等軍用平臺(tái)。

美海軍研制成的多功能電磁輻射系統(tǒng)，核心技術(shù)之一就是利用合作干擾對(duì)消技術(shù)，減少綜合桅桿內(nèi)部發(fā)射機(jī)對(duì)同頻段高靈敏度接收機(jī)的阻塞干擾，在較小信道保護(hù)間隔條件下保障多路超短波電臺(tái)同時(shí)工作。此外，美軍在最先進(jìn)的EA-18G 電子攻擊機(jī)上使用了共平臺(tái)主動(dòng)干擾對(duì)消系統(tǒng)，能夠在對(duì)敵方進(jìn)行各種壓制性寬帶干擾的同時(shí)，保證己方通信的順利暢通。上述技術(shù)動(dòng)向表明英、美等發(fā)達(dá)國(guó)家已將合作干擾對(duì)消技術(shù)應(yīng)用到艦船、飛機(jī)、戰(zhàn)車等平臺(tái)上。

3.2 非合作干擾對(duì)消技術(shù)

目前的非合作目標(biāo)干擾取樣技術(shù)主要集中在雷達(dá)旁瓣對(duì)消（sidelobe cancellation，SLC）領(lǐng)域，采用輔助天線進(jìn)行干擾取樣。SLC 主要針對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)干擾源，其思路是將干擾取樣和雷達(dá)接收的干擾下變頻之后再利用數(shù)字自適應(yīng)濾波的方法來處理。輔助天線布置：有關(guān)SLC 領(lǐng)域輔助天線布置的研究報(bào)道較少，僅有的報(bào)道大多偏向于定性討論。輔助天線布置是主要考慮天線數(shù)量和與主天線的距離這兩個(gè)因素，前者決定了旁瓣對(duì)消的空間分辨率，后者關(guān)系到主輔通道干擾信號(hào)的相關(guān)性；天線通常選取全向天線，增益與主天線第一旁瓣的電平值相當(dāng)，以使得主輔通道幅度一致。

自適應(yīng)算法：從算法結(jié)構(gòu)來看，SLC 算法包括閉環(huán)式和開環(huán)式兩類。閉環(huán)SLC 算法存在的主要問題是需要存在一個(gè)迭代收斂的過程，才能達(dá)到穩(wěn)定的最優(yōu)解，對(duì)于某些類型雷達(dá)實(shí)時(shí)處理的要求，算法速度偏慢。隨著微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和各種電子器件的性能不斷發(fā)展和提高，計(jì)算精度、穩(wěn)定性和收斂速度不斷提高，已在部分場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)工程化。開環(huán)算法計(jì)算量極大，要求很高的計(jì)算精度，通常需要用超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，并可能存在病態(tài)矩陣問題，在實(shí)際使用時(shí)也難以實(shí)現(xiàn)多輔助天線的應(yīng)用。

國(guó)外的SLC 技術(shù)發(fā)展比較領(lǐng)先，一部分高性能軍用雷達(dá)相繼采用了旁瓣對(duì)消技術(shù)。20 世紀(jì)80 年代曾有關(guān)于美國(guó)全數(shù)字式開環(huán)旁瓣相消器研制的報(bào)道，采用的就是單輔助天線結(jié)構(gòu)。Morgan 教授早在1978 年就對(duì)自適應(yīng)陣列陣元的空間排列問題進(jìn)行了研究，提出了取樣天線陣元的排列模型，Hank 在對(duì)測(cè)高雷達(dá)進(jìn)行旁瓣相消時(shí)發(fā)現(xiàn)，垂直極化和水平極化偶極子天線做輔助天線都能取得較好的效果。美國(guó)軍方將這種取樣技術(shù)應(yīng)用于雷達(dá)抗干擾系統(tǒng)中，他們使用某種輔助天線用以抑制旁瓣有源壓制式干擾。國(guó)內(nèi)這項(xiàng)技術(shù)雖然起步較晚，從20 世紀(jì)70年代末，西安電子科技大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)和南京十四所等單位相繼開展對(duì)旁瓣對(duì)消技術(shù)的理論研究與應(yīng)用工作，理論研究相對(duì)比較成熟。國(guó)防科技大學(xué)已經(jīng)在90 年代初研制成功了單輔助天線的數(shù)字式自適應(yīng)旁瓣相消器，主要應(yīng)用于遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)。電子科技集團(tuán)第二十研究所在1997 年也已經(jīng)研制成功了一維相控陣?yán)走_(dá)中雙輔助天線的數(shù)字式開環(huán)自適應(yīng)旁瓣相消器。海軍工程大學(xué)馬偉明院士團(tuán)隊(duì)自2014年起開始了非合作干擾對(duì)消技術(shù)的研究，在超短波和微波頻段取得了較好的效果。

目前國(guó)內(nèi)外SLC 技術(shù)的研究集中于對(duì)消性能的提高，其面臨的主要挑戰(zhàn)包括主輔通道頻率特性不一致和主瓣干擾等問題。2020 年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）發(fā)布“寬帶自適應(yīng)射頻防護(hù)”（WARP）項(xiàng)目，開發(fā)模擬信號(hào)的寬帶消除器，消除合作和非合作干擾信號(hào)，以保護(hù)寬帶數(shù)字無線電免受干擾和阻塞影響；2021 年又發(fā)布了“單元級(jí)緊湊型前端濾波器（COFFEE）”項(xiàng)目，開發(fā)新型的可集成高頻射頻濾波器，以實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜電磁環(huán)境中使用寬帶有源電子掃描陣。

綜上所述，SLC 領(lǐng)域利用輔助天線對(duì)干擾源進(jìn)行取樣的思路值得借鑒，但其輔助天線主要是利用了遠(yuǎn)場(chǎng)直達(dá)路徑平面波到達(dá)主輔天線的波程差信息，來實(shí)現(xiàn)空域干擾分辨和濾波的。美國(guó)在非合作干擾技術(shù)方面尚處于起步階段，國(guó)內(nèi)干擾對(duì)消技術(shù)取得重大進(jìn)展。

4 典型應(yīng)用場(chǎng)景分析

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)相發(fā)展綜合射頻集成的新型艦船，天線與上層建筑一體化集成，天線之間的電磁耦合關(guān)系復(fù)雜，干擾設(shè)備與敏感設(shè)備之間產(chǎn)生了新的電磁環(huán)境特征。由于艦艇平臺(tái)空間有限，數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)受到雷達(dá)設(shè)備、干擾機(jī)等高功率發(fā)射設(shè)備的電磁干擾，形成共址輻射干擾，嚴(yán)重影響了通信系統(tǒng)的正常工作，嚴(yán)重時(shí)貽誤戰(zhàn)機(jī)。例如，馬島海戰(zhàn)中，謝菲爾德艦為了避免干擾，通信與雷達(dá)分時(shí)使用，被導(dǎo)彈擊沉。同時(shí)，艦艇編隊(duì)或者敵人的高功率干擾機(jī)對(duì)本艦數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，存在非共址輻射干擾。新型艦船干擾問題描述如下頁圖7 所示，數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)同時(shí)存在共址干擾和非共址干擾情況，其中數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)受到的共址干擾是電磁兼容問題；受到的非共址干擾是電磁攻防問題，兩者共同影響艦艇數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

圖7 新型艦船及數(shù)據(jù)鏈干擾問題描述Fig.7 Description of interference problem of new type ship and data link

目前干擾管理方法存在共址干擾和非共址干擾辨識(shí)難、應(yīng)對(duì)場(chǎng)景變化感知能力差的問題。例如某型艦艇的數(shù)據(jù)鏈通信設(shè)備與同平臺(tái)的雷達(dá)存在電磁兼容問題，雷達(dá)發(fā)射功率高，工作頻段與數(shù)據(jù)鏈頻段較近，兩者天線之間距離較近，雷達(dá)信號(hào)的帶外分量落入數(shù)據(jù)鏈的工作頻帶，造成數(shù)據(jù)鏈的誤碼率惡化了1 到2 個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)鏈的通信距離縮短為作戰(zhàn)需求的1/10 以下，有時(shí)甚至癱瘓，主要影響因素是電磁輻射的雜散干擾，屬于電磁兼容問題。某型艦艇的數(shù)據(jù)鏈通信設(shè)備與非共平臺(tái)的干擾機(jī)之間是互擾或者敵擾問題，主要影響因素是電磁輻射的帶內(nèi)干擾，屬于電磁攻防問題。

針對(duì)艦艇數(shù)據(jù)鏈在復(fù)雜電磁環(huán)境下的“自擾、互擾、敵擾”問題，借鑒管理科學(xué)中的干擾管理思想，采用干擾對(duì)消技術(shù)，對(duì)共址干擾和非共址干擾進(jìn)行干擾感知和干擾管理決策，以此狀態(tài)為基礎(chǔ)快速生成干擾抑制策略，提高艦艇平臺(tái)在復(fù)雜電磁環(huán)境中的生存能力和作戰(zhàn)能力。

5 主動(dòng)式抗干擾算法仿真驗(yàn)證

本章根據(jù)非合作干擾對(duì)消場(chǎng)景，建立主動(dòng)式抗干擾算法的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行功能性仿真驗(yàn)證。以20 MHz 帶寬的寬帶干擾信號(hào)為例，采用多音信號(hào)合成的形式代表寬帶信號(hào)，故電臺(tái)接收天線接收到的信號(hào)如下：

其中，n 代表第n 根譜線；N 為譜線總數(shù)量。

假設(shè)取樣天線的接收信號(hào)與電臺(tái)接收天線接收信號(hào)的幅度相同，但是存在相位差異，則取樣天線的接收信號(hào)模型為：

其中，右上標(biāo)代表取樣天線編號(hào)。

將各取樣天線信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，得到M 路對(duì)消信號(hào)與式（1）合成，可以得到誤差信號(hào)為：

其中，wm為各取樣天線對(duì)應(yīng)的加權(quán)信號(hào)。

加權(quán)信號(hào)的表達(dá)式為：

其中，μ 代表步長(zhǎng)因子；*代表共軛計(jì)算。

這里為定義抗干擾算法的性能，給出干擾對(duì)消比的定義，即干擾信號(hào)與誤差信號(hào)的功率比，表達(dá)式為

其中，PI為干擾信號(hào)功率；Pe為誤差信號(hào)功率。

將式（1）與式（3）代入式（5）得到

根據(jù)以上主動(dòng)式抗干擾算法的分析進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真參數(shù)如表2 所示。

表2 仿真參數(shù)Table 2 Simulation Parameters

仿真結(jié)果中，對(duì)消前后的時(shí)域圖與頻譜圖如下頁圖8（a）、圖8（b）所示。

圖8 干擾對(duì)消仿真結(jié)果Fig.8 Simulation results of interference cancellation

由以上仿真結(jié)果可知，主動(dòng)式抗干擾算法可以提供35 dB 以上的干擾對(duì)消比，能夠有效抑制干擾信號(hào)對(duì)電臺(tái)通信的影響。

6 結(jié)論

針對(duì)電磁干擾對(duì)通信系統(tǒng)帶來的危害，傳統(tǒng)的電磁干擾管理方案主要包括：1）合理布局天線；2）采用濾波器技術(shù)濾除接收機(jī)帶外干擾；3）通過電磁兼容管理手段，使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)以時(shí)分或頻分的方式工作。根據(jù)工作方式，干擾管理方法可以分為被動(dòng)方式和主動(dòng)方式。干擾對(duì)消是主動(dòng)方式的干擾管理方法，干擾對(duì)消的核心思想是利用干擾源來消除干擾。本文設(shè)計(jì)了基于干擾對(duì)消技術(shù)的主動(dòng)式干擾管理方法，從主動(dòng)式干擾管理的角度，分析干擾源特征、干擾耦合特性和干擾作用機(jī)理；針對(duì)艦船典型應(yīng)用場(chǎng)景下通信與雷達(dá)同時(shí)非合作干擾抵消問題，共址干擾主要影響因素是電磁輻射的雜散干擾，非共址干擾主要影響因素是電磁輻射的帶內(nèi)干擾。最后，以某型艦艇的數(shù)據(jù)鏈通信設(shè)備與非共平臺(tái)的干擾機(jī)為例，開展了主動(dòng)式抗干擾算法仿真，通過案例分析驗(yàn)證干擾對(duì)消技術(shù)的技術(shù)創(chuàng)新性和工程應(yīng)用場(chǎng)景。下一步，需要針對(duì)艦船同址干擾和非同址干擾進(jìn)行干擾管理的試驗(yàn)驗(yàn)證。