CN113438035A - 超短波电台干扰防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信设备抗干扰技术领域，公开了一种超短波电台干扰防护装置，包括干扰取样天线阵列、射频开关模块、射频信号调理模块、可调射频捷变模块和数字信号处理模块，数字信号处理模块中设有非合作干扰对消算法模块、信号智能感知算法模块和显示控制算法模块。本发明超短波电台干扰防护装置，利用通信信号与干扰的传输信道和波形特征方面的差异，通过信号感知和反馈的信号质量配置对消算法参数，形成信号感知、干扰对消和信号质量评估反馈的回环，自适应分离和对消非合作干扰信号。

Description

超短波电台干扰防护装置

技术领域

本发明涉及无线通信设备抗干扰技术领域，具体涉及一种超短波电台干扰防护装置。

背景技术

抗干扰通信主要目的是对抗对方恶意电子干扰，保护己方通信链路有效传递信息，是军事无线通信的关键技术之一；随着移动互联网迅猛发展，对无线通信的用户容量、速率和带宽等提出了更高需求，抑制无线通信同信道的多址干扰和各种人为干扰成为扩充通信容量的重要途径。

无线通信是军事通信中重要手段，复杂的电磁环境以及恶意的人为干扰都对无线通信带来巨大挑战，在日趋复杂的电磁环境中，具备抗干扰能力是其发展的必然趋势。抗干扰本质上是从接收的混合信号中分离出期望的通信信号，复杂的无线传输信道和形式多样的非合作电磁干扰都给通信抗干扰带来巨大挑战。常用的单天线抗干扰技术仅仅利用了信号的时域波形、频谱、循环谱和伪随机码结构特性等，但这些特性极易被干扰信号模仿因而失去干扰消除的前提；空域处理不仅能够利用信号的上述特性，还可以利用通信信号与干扰信号的信道差异从空间域上对消干扰。分析现有公开的国内外空域抗干扰方法，一种技术路线是通过信号波达角方向信息，利用角度约束自适应波束形成，但是对于短波、超短波通信准确估计信号波达角方向存在极大的难度，尤其在多径信道条件下；另一方面结合通信信号波形设计，在本地产生对应参考信号实现干扰对消，但是重新设计通信信号波形需要对通信设备进行全面改动，无异于设计新的通信设备，存在与现有通信设备的兼容与适配问题。

中国专利射频自适应干扰对消装置及其调试方法（申请号CN201811155735.6）、超短波电磁干扰对消装置（申请号201010198092.0）、共址耦合干扰对消装置（申请号201518001240.9）、自适应宽带干扰对消装置（申请号201320001505.0）等均是属于有本地参考信号的共址干扰对消方案，无法解决无本地参考信号条件下的非合作干扰信号对消问题；卫星地面站的非合作干扰抑制装置及其控制方法（申请号CN202010230631.8）、微波同频干扰防护装置（申请号CN201811155746.4）属于通信信号波达角方向明确条件下的非合作干扰对消方案，无法解决无波达角信号下的非合作干扰对消问题。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种超短波电台干扰防护装置，利用通信信号与干扰的传输信道和波形特征方面的差异，通过信号感知和反馈的信号质量配置对消算法参数，形成信号感知、干扰对消和信号质量评估反馈的回环，自适应分离和对消非合作干扰信号。

为实现上述目的，本发明所设计的超短波电台干扰防护装置，包括干扰取样天线阵列、射频开关模块、射频信号调理模块、可调射频捷变模块和数字信号处理模块，所述数字信号处理模块中设有非合作干扰对消算法模块、信号智能感知算法模块和显示控制算法模块；

所述干扰取样天线阵列的输入端为空间信号，输出端连接所述射频开关模块，所述干扰取样天线阵列取样干扰设备的干扰信号；

所述射频开关模块的输入端连接收发天线、所述干扰取样天线阵列、超短波电台端口和所述数字信号处理模块，所述射频开关模块的输出端连接所述射频信号调理模块和所述超短波电台端口，所述射频开关模块用于控制对消装置的旁路、对消接收和对消发射三种开关状态；

所述射频信号调理模块的输入端连接所述射频开关模块，输出端连接所述可调射频捷变模块，用于完成信号的限幅、放大和可调谐滤波；

所述可调射频捷变模块，包含输入链路和输出链路，所述输入链路的输入端连接所述射频信号调理模块，输出端连接所述数字信号处理模块，所述输出链路的输入端连接所述数字信号处理模块，输出端连接所述射频开关模块，用于完成信号的上下混频、增益控制、模数和数模转换；

所述数字信号处理模块的输入端连接所述可调射频捷变模块和所述超短波电台的PTT控制端口，输出端连接所述射频开关模块、射频信号调理模块和可调射频捷变模块；

所述非合作干扰对消算法模块的输入端连接所述可调射频捷变模块和显示控制算法模块，输出端连接所述可调射频捷变模块和信号智能感知算法模块，所述非合作干扰对消算法模块用于提取参考信号和自适应干扰对消；

所述信号智能感知算法模块的输入端连接所述可调射频捷变模块和非合作干扰对消算法模块，输出端连接显示控制算法模块，所述信号智能感知算法模块用于干扰信号感知和对消质量评估；

所述显示控制算法模块的输入端连接所述可调射频捷变模块和信号智能感知算法模块，输出端连接所述非合作干扰对消算法模块，所述显示控制算法模块用于装置初始化、人机接口或电台接口指令读取、旁路/对消状态控制、工作参数配置和收发切换控制。

优选地，所述射频开关模块包括第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第五电子开关、第一同轴开关和第二同轴开关，所述干扰取样天线阵列包括第一取样天线、第二取样天线和第三取样天线，所述第一电子开关的输入公共端连接所述第一取样天线，输出选择端SW1连接所述射频信号调理模块的第一调理模块通道，输出选择端SW2连接50欧姆电阻后接地；所述第二电子开关的输入公共端连接所述第二取样天线，输出选择端SW1连接所述射频信号调理模块的第二调理模块通道，输出选择端SW2连接50欧姆电阻后接地；所述第三电子开关的输入公共端连接所述第三取样天线，输出选择端SW1连接所述射频信号调理模块的第三调理模块通道，输出选择端SW2连接50欧姆电阻后接地；所述第一同轴开关的输入公共端连接所述收发天线，输出常闭端连接所述第二同轴开关的输入常闭端，输出常开端连接所述第四电子开关的输入公共端；所述第二同轴开关的输入常闭端连接所述第一同轴开关的输出常闭端，输入常开端连接所述第五电子开关的公共端，输出公共端连接所述超短波电台端口；所述第四电子开关的输入公共端连接所述第一同轴开关的输出常开端，输出选择端SW1连接所述第五电子开关的输入选择端SW1，输出选择端SW2连接所述射频信号调理模块的第四调理模块通道；所述第五电子开关的输入选择端SW1连接所述第四电子开关的输出选择端SW1，输入选择端SW2连接所述可调射频捷变模块的输出端，输出公共端连接所述第二同轴开关的输入常开端。

优选地，所述射频信号调理模块包括四个调理模块通道，分别为第一调理模块通道、第二调理模块通道、第三调理模块通道和第四调理模块通道，每个所述调理模块通道包括前后依次电气连接的限幅器、第一低噪放和可调谐滤波器，每个所述调理模块通道的输入端依次连接所述射频开关模块内的第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关的输出端上，每个所述调理模块通道的输出端依次连接所述可调射频捷变模块内的第一捷变模块通道、第二捷变模块通道、第三捷变模块通道和第四捷变模块通道的输入端上。

优选地，所述可调射频捷变模块包括四路相同结构的捷变模块通道、一路发送链路和一路时钟产生电路，所述捷变模块通道分别为第一捷变模块通道、第二捷变模块通道、第三捷变模块通道和第四捷变模块通道；

每路所述捷变模块通道包括第二低噪放、接收功分器、I路混频器、Q路混频器、第一分相器、I路中频放大器、I路低通可调谐滤波器、I路模数转换器、Q路中频放大器、Q路低通可调谐滤波器、Q路模数转换器和控制上述装置的自动增益控制模块，所述第二低噪放的输入端连接所述射频信号调理模块的输出端，输出端连接所述接收功分器，所述接收功分器的两路输出分别接所述I路混频器和Q路混频器，所述第一分相器的输入端来自于时钟产生电路中的接收锁相环，两路输出端分别接I路混频器和Q路混频器，所述I路混频器、I路中频放大器、I路低通可调谐滤波器和I路模数转换器依次电气连接，I路模数转换器 的输出端连接所述数字信号处理模块，所述Q路混频器、Q路中频放大器、Q路低通可调谐滤波器和Q路模数转换器依次电气连接，所述Q路模数转换器的输出端连接所述数字信号处理模块；

所述发送链路包括可调衰减器、发送功分器、I路混频器、Q路混频器、第二分相器、I路低通可调谐滤波器、I路数模转换器、Q路低通可调谐滤波器和Q路数模转换器，所述I路数模转换器的输入端连接所述数字信号处理模块，输出端和所述I路低通可调谐滤波器、I路混频器依次电气连接，所述Q路数模转换器的输入端连接所述数字信号处理模块，输出端和所述Q路低通可调谐滤波器、Q路混频器依次电气连接，所述I路混频器的输入端分别连接所述I路低通可调谐滤波器和第二分相器，输出端连接所述发送功分器，所述Q路混频器的输入端分别连接所述Q路低通可调谐滤波器和第二分相器，输出端连接所述发送功分器，所述发送功分器的输出端连接所述可调衰减器，所述可调衰减器的输出端连接所述射频开关模块中的第五电子开关，所述时钟产生电路包括高稳晶振、第一分频器、接收锁相环、采样锁相环、发送锁相环、第二分频器和第三分频器，所述高稳晶振的输出端连接所述第一分频器的输入端，所述第一分频器的三个输出端分别连接所述接收锁相环的输入端、采样锁相环的输入端和发送锁相环的输入端，所述接收锁相环的输出端连接所述第一分相器的输入，所述发送锁相环的输出端连接所述第二分相器的输入，所述采样锁相环的输出端分别接第二分频器和第三分频器的输入段，所述第二分频器的输出端连接所述捷变模块通道的I路模数转换器和Q路模数转换器，所述第三分频器的输出端连接所述发送链路的I路数模转换器和Q路数模转换器。

优选地，所述数字信号处理模块内通过所述非合作干扰对消算法模块执行非合作干扰对消算法，通过所述信号智能感知算法模块执行信号智能感知算法，通过所述显示控制算法模块执行显示控制算法，显示控制算法根据接收指令控制执行非合作干扰对消算法，信号智能感知算法根据感知结果反馈调整显示控制算法中的控制策略。

优选地，所述非合作干扰对消算法模块执行的非合作干扰对消算法包括如下步骤：

步骤61：初始化参考信号提取回路和干扰对消回路对应权值，参考信号提取回路输入端连接取样信号，信号经延时、权值合并和空时合并输出合并信号，合并信号输入至第一权值控制机制自适应调整参考信号提取回路中权值；

步骤62：干扰对消回路输入端连接参考信号提取回路输出的参考信号和通信收发天线接收的信号接收信号经延时、权值合并和时域合并输出合并信号，与参考信号相减后输入至第二权值控制机制自适应调整干扰对消回路中权值。

优选地，所述信号智能感知算法模块执行的信号智能感知算法包括干扰信号感知算法和对消质量评估算法。

优选地，所述干扰信号感知算法包括如下步骤：

步骤81：收发天线信号和取样信号输入至第一特征提取网络，提取接收信号和取样信号的高阶抽象特征；

步骤82：接收信号和取样信号的高阶特征输入至第一特征降维网络和第一超球体映射网络，得到特征在特征空间超球体内的映射分布点；

步骤83：通过分析信号特征在超球体上的分布情况，通过干扰有无判决模块进行干扰有无判决，并输出控制指令；

优选地，所述对消质量评估算法包括如下步骤：

步骤91：对消后信号输入至第二特征提取网络提取对消后信号的高阶抽象特征；

步骤92：对消后信号的高阶特征输入至第二特征降维网络和第二超球体映射网络，得到特征在特征空间超球体内的映射分布点；

步骤93：根据对消后信号特征在超球体上分布的统计特性，通过信号质量估计模块进行信号质量估计，并输出控制指令。

优选地，所述显示控制算法包括如下步骤：

步骤101：当装置上电或复位时，进入初始化状态；

步骤102：等待人机接口和电台接口指令输入，当所述显示控制算法模块收到指令输入时检查有效性，然后判断指令类型；

步骤103：所述显示控制算法模块收到旁路设置指令后，关闭所述非合作干扰对消算法模块和信号智能感知算法模块，将所述射频开关模块置于旁路模式；

步骤104：所述显示控制算法模块收到对消模式设置指令后，将所述射频开关模块置于对消接收模式，再结合所述信号智能感知算法模块干扰感知结果，设置软旁路模式或开启对消算法；

步骤105：所述显示控制算法模块收到工作参数设置指令后，所述显示控制算法模块读取和配置工作参数；

步骤106：所述显示控制算法模块收到收发切换指令后，先判断是否为断旁路状态，再判断切换指令类型，然后执行对应的指令切换步骤。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、能够消除非合作干扰信号、保障通信畅通，对于本地共平台自干扰，可以直接通过定向耦合的方式取样干扰实现自适应干扰对消，对于非合作干扰信号无法直接获取参考信号，本发明利用天线进行信号取样，通过取样天线阵设计和多通道空时信号合并提取参考信号，从而完成对干扰信号的消除；

2、具有较强鲁棒性，本发明利用多通道空时信号合并与干扰对消的技术路线，避免单通道抗干扰技术仅仅利用信号层面特性的缺陷，这些特性极易被干扰信号模仿因而失去干扰对消的前提，本发明不仅利用信号层面的特性，还可以利用通信信号与干扰信号的信道传输差异，能够应对更多的干扰类型，具有更强的鲁棒性；

3、不需要改变通信信号波形，能兼容与适配现有超短波电台，本发明连接位置位于接收天线与通信接收设备之间，只对接收信号进行处理，不需要对通信发射端进行处理，因而本发明装置可以良好的兼容和适配现有超短波电台。

附图说明

图1本发明超短波电台干扰防护装置的原理示意图；

图2为图1中射频开关模块的原理示意图；

图3为图1中射频信号调理模块的原理示意图；

图4为图1中可调射频捷变模块的原理示意图；

图5为本发明中非合作干扰对消算法原理框图；

图6为本发明中干扰感知算法原理框图；

图7为本发明中对消质量评估算法原理框图；

图8为本发明中显示控制算法原理框图；

图9为本发明中在窄带干扰下的对消效果图；

图10为本发明中在宽带干扰下的对消效果图。

图中各部件标号如下：

干扰取样天线阵列1、第一取样天线11、第二取样天线12、第三取样天线13、收发天线14、射频开关模块2、第一电子开关21、第二电子开关22、第三电子开关23、第四电子开关24、第五电子开关25、第一同轴开关26、第二同轴开关27、射频信号调理模块3、第一调理模块通道31、第二调理模块通道32、第三调理模块通道33、第四调理模块通道34、限幅器35、第一低噪放36、可调谐滤波器37、可调射频捷变模块4、第一捷变模块通道41、第二捷变模块通道42、第三捷变模块通道43、第四捷变模块通道44、第二低噪放45、接收功分器46、I路混频器47、Q路混频器48、第一分相器49、I路中频放大器410、I路低通可调谐滤波器411、I路模数转换器412、Q路中频放大器413、Q路低通可调谐滤波器414、Q路模数转换器415、自动增益控制模块416、接收锁相环417、可调衰减器418、发送功分器419、第二分相器420、高稳晶振421、第一分频器422、采样锁相环423、发送锁相环424、第二分频器425、第三分频器426、I路数模转换器427、Q路数模转换器428、数字信号处理模块5、非合作干扰对消算法模块51、第一权值控制机制511、第二权值控制机制512、信号智能感知算法模块52、第一特征提取网络521、第一特征降维网络522、第一超球体映射网络523、干扰有无判决模块524、第二特征提取网络525、第二特征降维网络526、第二超球体映射网络527、信号质量估计模块528、显示控制算法模块53、干扰设备6、超短波电台7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一种超短波电台干扰防护装置，包括干扰取样天线阵列1、射频开关模块2、射频信号调理模块3、可调射频捷变模块4和数字信号处理模块5，数字信号处理模块5中设有非合作干扰对消算法模块51、信号智能感知算法模块52和显示控制算法模块53；

干扰取样天线阵列1的输入端为空间信号，输出端连接射频开关模块2，干扰取样天线阵列1取样干扰设备6的干扰信号，干扰取样天线阵列1中各天线为全向性天线，垂直极化，接收增益-3-3dBi，频段覆盖108M-512MHz，阵列为均匀圆阵，取样天线与收发天线之间空间隔离度不小于30dB；

射频开关模块2的输入端连接收发天线14、干扰取样天线阵列1、超短波电台7端口和数字信号处理模块5，射频开关模块2的输出端连接射频信号调理模块3和超短波电台7端口，射频开关模块2用于控制对消装置的旁路、对消接收和对消发射三种开关状态；

射频信号调理模块3的输入端连接射频开关模块2，输出端连接可调射频捷变模块4，用于完成信号的限幅、放大和可调谐滤波；

可调射频捷变模块4，包含输入链路和输出链路，输入链路的输入端连接射频信号调理模块3，输出端连接数字信号处理模块5，输出链路的输入端连接数字信号处理模块5，输出端连接射频开关模块2，用于完成信号的上下混频、增益控制、模数和数模转换；

数字信号处理模块5的输入端连接可调射频捷变模块4和超短波电台7的PTT控制端口，输出端连接射频开关模块2、射频信号调理模块3和可调射频捷变模块4；

非合作干扰对消算法模块51的输入端连接可调射频捷变模块4和显示控制算法模块53，输出端连接可调射频捷变模块4和信号智能感知算法模块52，非合作干扰对消算法模块51用于提取参考信号和自适应干扰对消；

信号智能感知算法模块52的输入端连接可调射频捷变模块4和非合作干扰对消算法模块51，输出端连接显示控制算法模块53，信号智能感知算法模块52用于干扰信号感知和对消质量评估；

显示控制算法模块53的输入端连接可调射频捷变模块4和信号智能感知算法模块52，输出端连接非合作干扰对消算法模块51，显示控制算法模块53用于装置初始化、人机接口或电台接口指令读取、旁路/对消状态控制、工作参数配置和收发切换控制。

其中，如图2所示，射频开关模块2包括第一电子开关21、第二电子开关22、第三电子开关23、第四电子开关24、第五电子开关25、第一同轴开关26和第二同轴开关27，干扰取样天线阵列1包括第一取样天线11、第二取样天线12和第三取样天线13，第一电子开关21的输入公共端连接第一取样天线11，输出选择端SW1连接射频信号调理模块3的第一调理模块通道31，输出选择端SW2连接50欧姆电阻后接地；第二电子开关22的输入公共端连接第二取样天线12，输出选择端SW1连接射频信号调理模块3的第二调理模块通道32，输出选择端SW2连接50欧姆电阻后接地；第三电子开关23的输入公共端连接第三取样天线13，输出选择端SW1连接射频信号调理模块3的第三调理模块通道33，输出选择端SW2连接50欧姆电阻后接地；第一同轴开关26的输入公共端连接收发天线14，输出常闭端连接第二同轴开关27的输入常闭端，输出常开端连接第四电子开关24的输入公共端；第二同轴开关27的输入常闭端连接第一同轴开关26的输出常闭端，输入常开端连接第五电子开关25的公共端，输出公共端连接超短波电台7端口；第四电子开关24的输入公共端连接第一同轴开关26的输出常开端，输出选择端SW1连接第五电子开关25的输入选择端SW1，输出选择端SW2连接射频信号调理模块3的第四调理模块通道34；第五电子开关25的输入选择端SW1连接第四电子开关24的输出选择端SW1，输入选择端SW2连接可调射频捷变模块4的输出端，输出公共端连接第二同轴开关27的输入常开端。

射频开关模块2用于控制装置的旁路状态、对消接收状态和对消发射状态。其中旁路状态指收发信号不经过对消装置处理，直接从装置旁路，对消接收状态指在干扰对消的同时，可以从收发天线14接受信号；对消发射状态指在干扰对消的同时，电台信号可以从收发天线14发射信号。

当处于旁路状态时，第一电子开关21、第二电子开关22、第三电子开关23的公共端与选择端SW2连接，第一同轴开关26、第二同轴开关27的公共端COM与常闭端NC连接；当处于对消接收状态时，第一电子开关21、第二电子开关22、第三电子开关23的公共端与选择端SW1连接，第一同轴开关26、第二同轴开关27的公共端COM与常开端NO连接，第四电子开关24、第五电子开关25的公共端COM与选择端SW2连接；当处于对消发射状态时，第一电子开关21、第二电子开关22、第三电子开关23的公共端与选择端SW2连接，第一同轴开关26、第二同轴开关27的公共端COM与常开端NO连接，第四电子开关24、第五电子开关25的公共端COM与选择端SW1连接。

结合图2、图3及图4所示，射频信号调理模块3包括四个调理模块通道，分别为第一调理模块通道31、第二调理模块通道32、第三调理模块通道33和第四调理模块通道34，每个调理模块通道包括前后依次电气连接的限幅器35、第一低噪放36和可调谐滤波器37，每个调理模块通道的输入端依次连接射频开关模块2内的第一电子开关21、第二电子开关22、第三电子开关23和第四电子开关24的输出端上，每个调理模块通道的输出端依次连接可调射频捷变模块4内的第一捷变模块通道41、第二捷变模块通道42、第三捷变模块通道43和第四捷变模块通道44的输入端上。限幅器35对输入信号进行限幅，防止大信号烧毁低噪放，第一低噪放36特点为低噪声系数高增益，放置在链路的前端，可确保整个调理模块通道具有低的噪声系数，可调谐滤波器37为带通滤波器，滤波器中心频率和带宽可通过编程进行变换，用于滤除接收频带外的杂散干扰。

如图4所示，可调射频捷变模块4包括四路相同结构的捷变模块通道、一路发送链路和一路时钟产生电路，捷变模块通道分别为第一捷变模块通道41、第二捷变模块通道42、第三捷变模块通道43和第四捷变模块通道44；

每路捷变模块通道包括第二低噪放45、接收功分器46、I路混频器47、Q路混频器48、第一分相器49、I路中频放大器410、I路低通可调谐滤波器411、I路模数转换器412、Q路中频放大器413、Q路低通可调谐滤波器414、Q路模数转换器415和控制上述装置的自动增益控制模块416，第二低噪放45的输入端连接射频信号调理模块3的输出端，输出端连接接收功分器46，接收功分器46的两路输出分别接I路混频器47和Q路混频器48，第一分相器49的输入端来自于时钟产生电路中的接收锁相环417，两路输出端分别接I路混频器47和Q路混频器48，I路混频器47、I路中频放大器410、I路低通可调谐滤波器411和I路模数转换器412依次电气连接，I路模数转换器412 的输出端连接数字信号处理模块5，Q路混频器48、Q路中频放大器413、Q路低通可调谐滤波器414和Q路模数转换器415依次电气连接，Q路模数转换器415的输出端连接数字信号处理模块5；

发送链路包括可调衰减器418、发送功分器419、I路混频器47、Q路混频器48、第二分相器420、I路低通可调谐滤波器411、I路数模转换器427、Q路低通可调谐滤波器414和Q路数模转换器428，I路数模转换器427的输入端连接数字信号处理模块5，输出端和I路低通可调谐滤波器411、I路混频器47依次电气连接，Q路数模转换器428的输入端连接数字信号处理模块5，输出端和Q路低通可调谐滤波器414、Q路混频器48依次电气连接，I路混频器47的输入端分别连接I路低通可调谐滤波器411和第二分相器420，输出端连接发送功分器419，Q路混频器48的输入端分别连接Q路低通可调谐滤波器414和第二分相器420，输出端连接发送功分器419，发送功分器419的输出端连接可调衰减器418，可调衰减器418的输出端连接射频开关模块2中的第五电子开关25，时钟产生电路包括高稳晶振421、第一分频器422、接收锁相环417、采样锁相环423、发送锁相环424、第二分频器425和第三分频器426，高稳晶振421的输出端连接第一分频器422的输入端，第一分频器422的三个输出端分别连接接收锁相环417的输入端、采样锁相环423的输入端和发送锁相环424的输入端，接收锁相环417的输出端连接第一分相器49的输入，发送锁相环424的输出端连接第二分相器420的输入，采样锁相环423的输出端分别接第二分频器425和第三分频器426的输入段，第二分频器425的输出端连接捷变模块通道的I路模数转换器412和Q路模数转换器415，第三分频器426的输出端连接发送链路的I路数模转换器427和Q路数模转换器428。

输入信号经过第二低噪放45和I/Q混频器、I/Q模数转换器后转换为数字基带信号，自动增益控制模块416具有大动态范围特点，控制第二低噪放45、中频放大器、低通可调谐滤波器的增益，使到达数模转换器的信号强度远大于数模转换器的量化噪声。在发送链路，I/Q数字基带信号经过数模转换器后转换为模拟基带信号，低通可调谐滤波器的输出增益、截止频率可调，可滤除带外杂散信号，模拟基带信号经过I/Q混频器上变频为模拟射频信号，经过发送功分器后进行信号合并，转换为射频带通信号；输出端的可调衰减器418对输出信号幅度进行调节，使其落在超短波电台7的输入幅度范围内。时钟产生电路为捷变模块通道I/Q混频器、发送链路I/Q混频器、捷变模块通道模数转换器、发送链路数模转换器提供高稳时钟。

本实施例中，数字信号处理模块5内通过非合作干扰对消算法模块51执行非合作干扰对消算法，通过信号智能感知算法模块52执行信号智能感知算法，通过显示控制算法模块53执行显示控制算法，显示控制算法根据接收指令控制执行非合作干扰对消算法，信号智能感知算法根据感知结果反馈调整显示控制算法中的控制策略，通过ARM处理器加可编程逻辑阵列的架构实现非合作干扰对消算法的动态加载。

本实施例中，结合图5所示，非合作干扰对消算法模块51执行的非合作干扰对消算法包括如下步骤：

步骤61：初始化参考信号提取回路和干扰对消回路对应权值，参考信号提取回路输入端连接取样信号，信号经延时、权值合并和空时合并输出合并参考信号，合并参考信号表示为

r(n)= W ^H ₁ (n)X(n)

其中X(n)为M元干扰取样天线阵列取样信号，X(n)数学上表示为MN ₁×1维空时处理输入向量X(n)=[x ₁(n)… x _M (n)x ₁(n-1)…x _M (n-1)x ₁(n-N ₁-1)…x _M (n-N ₁-1)]，x ₁(n)x ₂(n)…x _M (n)为各取样天线在当前时刻n取样信号，x ₁(n-N ₁-1)…x _M (n-N ₁-1)则为各取样天线在延时N ₁-1后对应信号，N ₁为延迟单元数目。W ₁为干扰取样天线阵列的权值系数，W ₁数学上表示为MN ₁×1维的权值向量W ^H ₁ (n)=[w ₁₁(n)…w _M1(n)w ₁₂(n)…w _M2(n)w _1N1(n)…w _MN1(n)]，w ₁₁(n)…w _M1(n)为各取样天线在当前时刻n对应权值系数，w _1N1(n)…w _MN1(n)为各取样天线在延时N ₁-1后对应权值系数，合并参考信号r(n)输入至权值控制机制511自适应调整参考信号提取回路中权值，权值更新公式表示为

W ₁(n+1)=W ₁(n)-μ ₁∂J ₁(n)/ ∂ W ^H ₁ (n)

其中μ ₁为自适应迭代步长因子，∂J ₁(n)/ ∂ W ^H ₁ (n)表示目标函数J ₁(n)对权值W ^H ₁ (n)的梯度，目标函数表达式J ₁(n)取决于第一权值控制机制511，第一权值控制机制511由显示控制算法依据智能信号感知结果进行调整；

步骤62：干扰对消回路输入端连接参考信号提取回路输出的合并参考信号和通信收发天线接收的接收信号经延时、权值合并和时域合并输出合并接收信号，合并接收信号表示为

y(n)=W ^H ₂ (n)S(n)

其中S(n)表示通信收发天线的接收信号，数学上表示为N ₂×1维的时域输入向量S(n)=[s(n),s(n-1),…,s(n-N ₂-1)]，s(n)为通信收发天线在当前时刻n的接收信号，s(n-N ₂-1)为通信收发天线延时N ₂-1后对应的接收信号，W ₂为时域多抽头干扰对消的权值，数学上表示为N ₂×1维的权值向量W ^H ₂ (n)=[w' ₁₁(n)w' ₁₂(n),…,w' _1N2(n)]，合并参考信号r(n)减去合并接收信号y(n)获得的残差信号，残差信号通过第二权值控制机制512自适应调整干扰对消回路中权值，权值更新公式表示为

W ₂(n+1)=W ₂(n)-μ ₂∂J ₂(n)/∂ W ^H ₂ (n)

其中μ ₂为自适应迭代步长因子，∂J ₂(n)/∂ W ^H ₂ (n)表示目标函数J ₂(n)对权值W ^H ₂ (n)的梯度，J ₂(n)取决于第二权值控制机制512，其表达式表示为

J ₂(n)=e ₂(n)²=(r(n)- W ^H ₂ (n)S(n))²

其中e ₂(n)为残差信号，r(n)、W ^H ₂ (n)和S(n)的定义上面均给出具体解释。

本实施例中，信号智能感知算法模块52执行的信号智能感知算法包括干扰信号感知算法和对消质量评估算法。

结合图6所示，干扰信号感知算法包括如下步骤：

步骤81：收发天线信号和取样信号输入至第一特征提取网络521，提取接收信号和取样信号的高阶抽象特征；

步骤82：接收信号和取样信号的高阶特征输入至第一特征降维网络522和第一超球体映射网络523，得到特征在特征空间超球体内的映射分布点，第一特征提取网络521权值、第一特征降维网络522权值和第一超球体映射网络523球心和半径等参数预先离线训练，且所有参数进行整体端到端优化；

步骤83：通过分析信号特征在超球体上的分布情况，通过干扰有无判决模块524进行干扰有无判决，信号在特征空间中与超球心的距离大于超球体半径，则判断信号为干扰信号或底噪，反之判断信号为通信信号，最终得到判决输出结果，并输出控制指令；

结合图7所示，对消质量评估算法包括如下步骤：

步骤91：对消后信号输入至第二特征提取网络525提取对消后信号的高阶抽象特征；

步骤92：对消后信号的高阶特征输入至第二特征降维网络526和第二超球体映射网络527，得到特征在特征空间超球体内的映射分布点；

步骤93：根据对消后信号特征在超球体上分布的统计特性，通过信号质量估计模块528进行信号质量估计，并输出控制指令。

结合图8所示，显示控制算法包括如下步骤：

步骤101：当装置上电或复位时，进入初始化状态，将射频开关模块2设置为旁路模式，加载默认的工作参数，将工作参数配置到射频信号调理模块3和可调射频捷变模块4；

步骤102：等待人机接口和电台接口指令输入，当显示控制算法模块53收到指令输入时检查有效性，然后判断指令类型，当收到旁路指令时跳转到步骤103，当收到对消模式设置命令时跳转到步骤104，当收到工作参数设置指令时跳转到步骤105，当收到收发切换指令时跳转到步骤106；

步骤103：显示控制算法模块53收到旁路设置指令后，关闭非合作干扰对消算法模块51和信号智能感知算法模块52，将射频开关模块2置于旁路模式，然后跳转到步骤102；

步骤104：显示控制算法模块53收到对消模式设置指令后，将射频开关模块2置于对消接收模式，再结合信号智能感知算法模块52干扰感知结果，设置软旁路模式或开启对消算法，如果不存在干扰，设置非合作干扰对消算法模块51为软旁路模式；如果存在干扰，将信号智能感知算法模块52评估得到的最优参数传到可编程逻辑阵列，然后回到步骤102；

步骤105：显示控制算法模块53收到工作参数设置指令后，显示控制算法模块53，读取人机接口或超短波电台7接口输入的工作参数，将工作参数配置到射频信号调理模块3和可调射频捷变模块4，然后回到步骤102；

步骤106：显示控制算法模块53收到收发切换指令后，先判断是否为断旁路状态，如果是则保持射频开关模块2状态不变；如果不是则判断切换指令类型，如果是发射到接收切换指令，跳转到步骤104，如果是接收到发射切换指令，将射频开关模块2切换到对消发射状态，然后回到步骤102。

图9和图10分别展示了在窄带和宽带干扰下的抗干扰效果，可以看出，采用本发明提出的超短波电台干扰防护装置，能够有效防护针对超短波电台的非合作干扰。

本发明超短波电台干扰防护装置，能够消除非合作干扰信号、保障通信畅通，对于本地共平台自干扰，可以直接通过定向耦合的方式取样干扰实现自适应干扰对消，对于非合作干扰信号无法直接获取参考信号，本发明利用天线进行信号取样，通过取样天线阵设计和多通道空时信号合并提取参考信号，从而完成对干扰信号的消除；具有较强鲁棒性，本发明利用多通道空时信号合并与干扰对消的技术路线，避免单通道抗干扰技术仅仅利用信号层面特性的缺陷，这些特性极易被干扰信号模仿因而失去干扰对消的前提，本发明不仅利用信号层面的特性，还可以利用通信信号与干扰信号的信道传输差异，能够应对更多的干扰类型，具有更强的鲁棒性；不需要改变通信信号波形，能兼容与适配现有超短波电台，本发明连接位置位于接收天线与通信接收设备之间，只对接收信号进行处理，不需要对通信发射端进行处理，因而本发明装置可以良好的兼容和适配现有超短波电台。

Claims (10)

1.一种超短波电台干扰防护装置，其特征在于：包括干扰取样天线阵列（1）、射频开关模块（2）、射频信号调理模块（3）、可调射频捷变模块（4）和数字信号处理模块（5），所述数字信号处理模块（5）中设有非合作干扰对消算法模块（51）、信号智能感知算法模块（52）和显示控制算法模块（53）；所述干扰取样天线阵列（1）的输入端为空间信号，输出端连接所述射频开关模块（2），所述干扰取样天线阵列（1）取样干扰设备（6）的干扰信号； 所述射频开关模块（2）的输入端连接收发天线（14）、所述干扰取样天线阵列（1）、超短波电台（7）端口和所述数字信号处理模块（5），所述射频开关模块（2）的输出端连接所述射频信号调理模块（3）和所述超短波电台（7）端口，所述射频开关模块（2）用于控制对消装置的旁路、对消接收和对消发射三种开关状态；所述射频信号调理模块（3）的输入端连接所述射频开关模块（2），输出端连接所述可调射频捷变模块（4），用于完成信号的限幅、放大和可调谐滤波；所述可调射频捷变模块（4），包含输入链路和输出链路，所述输入链路的输入端连接所述射频信号调理模块（3），输出端连接所述数字信号处理模块（5），所述输出链路的输入端连接所述数字信号处理模块（5），输出端连接所述射频开关模块（2），用于完成信号的上下混频、增益控制、模数和数模转换；所述数字信号处理模块（5）的输入端连接所述可调射频捷变模块（4）和所述超短波电台（7）的PTT控制端口，输出端连接所述射频开关模块（2）、射频信号调理模块（3）和可调射频捷变模块（4）；所述非合作干扰对消算法模块（51）的输入端连接所述可调射频捷变模块（4）和显示控制算法模块（53），输出端连接所述可调射频捷变模块（4）和信号智能感知算法模块（52），所述非合作干扰对消算法模块（51）用于提取参考信号和自适应干扰对消；所述信号智能感知算法模块（52）的输入端连接所述可调射频捷变模块（4）和非合作干扰对消算法模块（51），输出端连接显示控制算法模块（53），所述信号智能感知算法模块（52）用于干扰信号感知和对消质量评估；所述显示控制算法模块（53）的输入端连接所述可调射频捷变模块（4）和信号智能感知算法模块（52），输出端连接所述非合作干扰对消算法模块（51），所述显示控制算法模块（53）用于装置初始化、人机接口或电台接口指令读取、旁路/对消状态控制、工作参数配置和收发切换控制。

2.根据权利要求1所述超短波电台干扰防护装置，其特征在于：所述射频开关模块（2）包括第一电子开关（21）、第二电子开关（22）、第三电子开关（23）、第四电子开关（24）、第五电子开关（25）、第一同轴开关（26）和第二同轴开关（27），所述干扰取样天线阵列（1）包括第一取样天线（11）、第二取样天线（12）和第三取样天线（13），所述第一电子开关（21）的输入公共端连接所述第一取样天线（11），输出选择端SW1连接所述射频信号调理模块（3）的第一调理模块通道（31），输出选择端SW2连接50欧姆电阻后接地；所述第二电子开关（22）的输入公共端连接所述第二取样天线（12），输出选择端SW1连接所述射频信号调理模块（3）的第二调理模块通道（32），输出选择端SW2连接50欧姆电阻后接地；所述第三电子开关（23）的输入公共端连接所述第三取样天线（13），输出选择端SW1连接所述射频信号调理模块（3）的第三调理模块通道（33），输出选择端SW2连接50欧姆电阻后接地；所述第一同轴开关（26）的输入公共端连接所述收发天线（14），输出常闭端连接所述第二同轴开关（27）的输入常闭端，输出常开端连接所述第四电子开关（24）的输入公共端；所述第二同轴开关（27）的输入常闭端连接所述第一同轴开关（26）的输出常闭端，输入常开端连接所述第五电子开关（25）的公共端，输出公共端连接所述超短波电台（7）端口；所述第四电子开关（24）的输入公共端连接所述第一同轴开关（26）的输出常开端，输出选择端SW1连接所述第五电子开关（25）的输入选择端SW1，输出选择端SW2连接所述射频信号调理模块（3）的第四调理模块通道（34）；所述第五电子开关（25）的输入选择端SW1连接所述第四电子开关（24）的输出选择端SW1，输入选择端SW2连接所述可调射频捷变模块（4）的输出端，输出公共端连接所述第二同轴开关（27）的输入常开端。

3.根据权利要求2所述超短波电台干扰防护装置，其特征在于：所述射频信号调理模块（3）包括四个调理模块通道，分别为第一调理模块通道（31）、第二调理模块通道（32）、第三调理模块通道（33）和第四调理模块通道（34），每个所述调理模块通道包括前后依次电气连接的限幅器（35）、第一低噪放（36）和可调谐滤波器（37），每个所述调理模块通道的输入端依次连接所述射频开关模块（2）内的第一电子开关（21）、第二电子开关（22）、第三电子开关（23）和第四电子开关（24）的输出端上，每个所述调理模块通道的输出端依次连接所述可调射频捷变模块（4）内的第一捷变模块通道（41）、第二捷变模块通道（42）、第三捷变模块通道（43）和第四捷变模块通道（44）的输入端上。

4.根据权利要求3所述超短波电台干扰防护装置，其特征在于：所述可调射频捷变模块（4）包括四路相同结构的捷变模块通道、一路发送链路和一路时钟产生电路，所述捷变模块通道分别为第一捷变模块通道（41）、第二捷变模块通道（42）、第三捷变模块通道（43）和第四捷变模块通道（44）；

每路所述捷变模块通道包括第二低噪放（45）、接收功分器（46）、I路混频器（47）、Q路混频器（48）、第一分相器（49）、I路中频放大器（410）、I路低通可调谐滤波器（411）、I路模数转换器（412）、Q路中频放大器（413）、Q路低通可调谐滤波器（414）、Q路模数转换器（415）和控制上述装置的自动增益控制模块（416），所述第二低噪放（45）的输入端连接所述射频信号调理模块（3）的输出端，输出端连接所述接收功分器（46），所述接收功分器（46）的两路输出分别接所述I路混频器（47）和Q路混频器（48），所述第一分相器（49）的输入端来自于时钟产生电路中的接收锁相环（417），两路输出端分别接I路混频器（47）和Q路混频器（48），所述I路混频器（47）、I路中频放大器（410）、I路低通可调谐滤波器（411）和I路模数转换器（412）依次电气连接，I路模数转换器（412） 的输出端连接所述数字信号处理模块（5），所述Q路混频器（48）、Q路中频放大器（413）、Q路低通可调谐滤波器（414）和Q路模数转换器（415）依次电气连接，所述Q路模数转换器（415）的输出端连接所述数字信号处理模块（5）；

所述发送链路包括可调衰减器（418）、发送功分器（419）、I路混频器（47）、Q路混频器（48）、第二分相器（420）、I路低通可调谐滤波器（411）、I路数模转换器（427）、Q路低通可调谐滤波器（414）和Q路数模转换器（428），所述I路数模转换器（427）的输入端连接所述数字信号处理模块（5），输出端和所述I路低通可调谐滤波器（411）、I路混频器（47）依次电气连接，所述Q路数模转换器（428）的输入端连接所述数字信号处理模块（5），输出端和所述Q路低通可调谐滤波器（414）、Q路混频器（48）依次电气连接，所述I路混频器（47）的输入端分别连接所述I路低通可调谐滤波器（411）和第二分相器（420），输出端连接所述发送功分器（419），所述Q路混频器（48）的输入端分别连接所述Q路低通可调谐滤波器（414）和第二分相器（420），输出端连接所述发送功分器（419），所述发送功分器（419）的输出端连接所述可调衰减器（418），所述可调衰减器（418）的输出端连接所述射频开关模块（2）中的第五电子开关（25），所述时钟产生电路包括高稳晶振（421）、第一分频器（422）、接收锁相环（417）、采样锁相环（423）、发送锁相环（424）、第二分频器（425）和第三分频器（426），所述高稳晶振（421）的输出端连接所述第一分频器（422）的输入端，所述第一分频器（422）的三个输出端分别连接所述接收锁相环（417）的输入端、采样锁相环（423）的输入端和发送锁相环（424）的输入端，所述接收锁相环（417）的输出端连接所述第一分相器（49）的输入，所述发送锁相环（424）的输出端连接所述第二分相器（420）的输入，所述采样锁相环（423）的输出端分别接第二分频器（425）和第三分频器（426）的输入段，所述第二分频器（425）的输出端连接所述捷变模块通道的I路模数转换器（412）和Q路模数转换器（415），所述第三分频器（426）的输出端连接所述发送链路的I路数模转换器（427）和Q路数模转换器（428）。

5.根据权利要求4所述超短波电台干扰防护装置，其特征在于：所述数字信号处理模块（5）内通过所述非合作干扰对消算法模块（51）执行非合作干扰对消算法，通过所述信号智能感知算法模块（52）执行信号智能感知算法，通过所述显示控制算法模块（53）执行显示控制算法，显示控制算法根据接收指令控制执行非合作干扰对消算法，信号智能感知算法根据感知结果反馈调整显示控制算法中的控制策略。

6.根据权利要求5所述超短波电台干扰防护装置，其特征在于：所述非合作干扰对消算法模块（51）执行的非合作干扰对消算法包括如下步骤：

步骤61：初始化参考信号提取回路和干扰对消回路对应权值，参考信号提取回路输入端连接取样信号，信号经延时、权值合并和空时合并输出合并信号，合并信号输入至第一权值控制机制（511）自适应调整参考信号提取回路中权值；

步骤62：干扰对消回路输入端连接参考信号提取回路输出的参考信号和通信收发天线接收的信号接收信号经延时、权值合并和时域合并输出合并信号，与参考信号相减后输入至第二权值控制机制（512）自适应调整干扰对消回路中权值。

7.根据权利要求5所述超短波电台干扰防护装置，其特征在于：所述信号智能感知算法模块（52）执行的信号智能感知算法包括干扰信号感知算法和对消质量评估算法。

8.根据权利要求7所述超短波电台干扰防护装置，其特征在于：所述干扰信号感知算法包括如下步骤：

步骤81：收发天线信号和取样信号输入至第一特征提取网络（521），提取接收信号和取样信号的高阶抽象特征；

步骤82：接收信号和取样信号的高阶特征输入至第一特征降维网络（522）和第一超球体映射网络（523），得到特征在特征空间超球体内的映射分布点；

步骤83：通过分析信号特征在超球体上的分布情况，通过干扰有无判决模块（524）进行干扰有无判决，并输出控制指令。

9.根据权利要求7所述超短波电台干扰防护装置，其特征在于：所述对消质量评估算法包括如下步骤：

步骤91：对消后信号输入至第二特征提取网络（525）提取对消后信号的高阶抽象特征；

步骤92：对消后信号的高阶特征输入至第二特征降维网络（526）和第二超球体映射网络（527），得到特征在特征空间超球体内的映射分布点；

步骤93：根据对消后信号特征在超球体上分布的统计特性，通过信号质量估计模块（528）进行信号质量估计，并输出控制指令。

10.根据权利要求5所述超短波电台干扰防护装置，其特征在于：所述显示控制算法包括如下步骤：

步骤101：当装置上电或复位时，进入初始化状态；

步骤102：等待人机接口和电台接口指令输入，当所述显示控制算法模块（53）收到指令输入时检查有效性，然后判断指令类型；

步骤103：所述显示控制算法模块（53）收到旁路设置指令后，关闭所述非合作干扰对消算法模块（51）和信号智能感知算法模块（52），将所述射频开关模块（2）置于旁路模式；

步骤104：所述显示控制算法模块（53）收到对消模式设置指令后，将所述射频开关模块（2）置于对消接收模式，再结合所述信号智能感知算法模块（52）干扰感知结果，设置软旁路模式或开启对消算法；

步骤105：所述显示控制算法模块（53）收到工作参数设置指令后，所述显示控制算法模块（53）读取和配置工作参数；

步骤106：所述显示控制算法模块（53）收到收发切换指令后，先判断是否为断旁路状态，再判断切换指令类型，然后执行对应的指令切换步骤。

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