CN114157386A - 一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统及方法 - Google Patents

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CN114157386A CN202111440736.7A CN202111440736A CN114157386A CN 114157386 A CN114157386 A CN 114157386A CN 202111440736 A CN202111440736 A CN 202111440736A CN 114157386 A CN114157386 A CN 114157386A
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Abstract

本发明涉及一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统及方法，包括两个耦合器和四个延迟器；耦合器I用于从发射天线耦合干扰信号作为副本用于自适应干扰抑制系统重构接收干扰信号；延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV用于对干扰提取信号进行时延处理，并产生参考信号；电可调衰减器对参考信号进行幅值调整；合成器将幅值调整后的信号的合并，产生用于对消接收干扰信号的干扰重构信号；耦合器II将干扰重构信号与接收干扰信号对消，并将对消剩余信号送入相关器；相关器用于将参考信号和对消剩余信号进行相关运算，并将运算结果用于控制电可调衰减器的衰减量大小。该系统能显著提高延时有限匹配精度和大匹配误差下的宽带干扰抑制性能。

Description

一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统及方法
技术领域
本发明涉及电磁兼容技术领域，尤其适用于同址多天线的共址干扰抑制的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统及方法。
背景技术
载体平台(机载、车载、卫星等)通常安装有大量电子通信设备，天线密集，相互之间的耦合干扰日益严重。当多个电子设备同时工作时，由于发射信号功率远大于接收信号，极易导致接收系统饱和及损坏而无法正常工作。此类共址干扰问题可以采用自适应干扰抵消技术加以解决。但传统的自适应干扰抵消系统在干扰抵消时对耦合时延要求较高，特别是宽带干扰抵消。当时延匹配出现偏差时，干扰抵消性能显著下降，尤其是存在天线由于气候和载体运动而摇摆的场景。
发明内容
本发明主要针对自适应干扰抵消系统在宽带干扰抑制时，对时延匹配精度要求高，在大时延失配，特别是天线摇摆场景下的干扰抵消性能不佳，提出一种四通道鲁棒自适应干扰抵消系统。该系统既能提高时延匹配静态误差下干扰抵消系统的性能，也具备提高天线摆动时动态偏差下的干扰抑制性能，增强了干扰抵消系统适应复杂应用场景的能力。
具体采用如下技术方案:
一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统，其特征在于，设置在本地发射机和本地接收机之间，包括：
多路功分器：用于进行输入参考信号的等功率分配4路输出至时延器；
耦合器I：用于从发射天线提取干扰参考信号送入功分器；
延迟器组：包括若干延时器，用于对功分器输出4路信号的时延处理，并将处理后的信号送入电可调衰减器和相关器；
相关器组：包括若干相关器，用于对干扰对消剩余信号和参考信号做相关运算，并将运算结果作为电可调衰减器的控制信号，控制电可调衰减器衰减量的大小；
电可调衰减器组：包括若干电可调衰减器，用于对经时延后的参考信号幅值调整，并将调整后的信号送入合成器，生成干扰抵消信号；
合成器：用于将经过幅值调整的4路信号合并输出，送入耦合器I以抵消接收干扰信号；
耦合器II：用于将合成信号与接收干扰信号相抵消，并将剩余信号送入相关器。
在上述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统，所述延迟器组包括：
延迟器I：用于对干扰提取信号做静态时延匹配，并将匹配信号送入电可调衰减器I；
延迟器II：用于对干扰提取信号做一侧最大动态范围的时延匹配，并将匹配信号送入电可调衰减器II；
延迟器III：用于对干扰提取信号做另一侧最大动态范围的时延匹配，并将匹配信号送入电可调衰减器III。
延迟器IV：用于对干扰提取信号做另一侧最大动态范围的时延匹配，并将匹配信号送入电可调衰减器IV。
在上述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统，所述相关器组包括：
相关器I：用于对干扰对消剩余信号和经过时延I的参考信号做相关运算，产生控制电可调衰减器I的控制信号，并送入电可调衰减器I；
相关器II：用于对干扰对消剩余信号和经过时延II的参考信号做相关运算，产生控制电可调衰减器II的控制信号，并送入电可调衰减器II；
相关器III：用于对干扰对消剩余信号和经过时延III的参考信号做相关运算，产生控制电可调衰减器III的控制信号，并送入电可调衰减器III。
相关器IV：用于对干扰对消剩余信号和经过时延IV的参考信号做相关运算，产生控制电可调衰减器IV的控制信号，并送入电可调衰减器IV。
在上述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统，所述电可调衰减器组包括：
电可调衰减器I：用于对经过时延I的参考信号做幅值调整，并产生用于合成的输出信号，并将输出信号送入合成器；
电可调衰减器II：用于对经过时延II的参考信号做幅值调整，并产生用于合成的输出信号，并将输出信号送入合成器；
电可调衰减器III：用于对经过时延III的参考信号做幅值调整，并产生用于合成的输出信号，并将输出信号送入合成器。
电可调衰减器IV：用于对经过时延IV的参考信号做幅值调整，并产生用于合成的输出信号，并将输出信号送入合成器。
一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，其特征在于，包括：
步骤1，耦合器I从发射天线提取发射信号作为副本，送入四路功分器；
步骤2，四路功分器对耦合器I提取的发射信号进行等功分处理，输出四路等幅值同相参考信号，分别送入延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV；
步骤3，延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV分别对四路参考信号进行时延处理后，输出四路信号分别送入电可调衰减器I、相关器I、电可调衰减器II、相关器II、电可调衰减器III、相关器III、电可调衰减器IV和相关器IV；
步骤4，电可调衰减器I、电可调衰减器II、电可调衰减器III、电可调衰减器IV对输入的四路参考信号进行幅值调整，输出送入四路合成器做加法运算，运算后的输出再送入耦合器II；
步骤5，耦合器II将四路合成器输出的合成信号耦合至接收天线，与接收干扰信号进行对消，并将对消剩余信号送入相关器I、相关器II、相关器III和相关器IV；
步骤6，相关器I、相关器II、相关器III和相关器IV对耦合器II输出对消剩余信号和延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV输出的四路延时参考信号进行运算，并将运算结果送入电可调衰减器控制端，用于调整四路参考信号幅值大小，电可调衰减器的输出用于对消干扰信号。
在上述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，所述步骤2中，定义经过延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV的参考信号为
Figure BDA0003383267530000041
干扰信号为
Figure BDA0003383267530000042
Bi和AIi表示参考信号和干扰信号中第i个频率分量的幅值，ωi表示第i个频率分量的角频率，τI表示干扰信号相对于参考信号的时延，n表示干扰信号中的频率数。
在上述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，所述步骤3中，经过延时处理后的信号表示为：
Figure BDA0003383267530000051
其中,τ0为天线间的静态计算标准时延，τ1为天线间静态时延误差，τ2为天线间动态时延最大偏差。
在上述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，所述步骤4中，经过相关器I、相关器II、相关器III和相关器IV输出控制的电可调衰减器I、电可调衰减器II、电可调衰减器III、电可调衰减器IV的输出信号，经过合成器输出为
Y(t)＝W1(t)A1(t)+W2(t)A2(t)+W3(t)A3(t)+W4(t)A4(t)(3)
其中，W1(t)、W2(t)、W3(t)和W4(t)为可调衰减器衰减量。
在上述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，所述步骤5中，干扰对消剩余信号为
Figure BDA0003383267530000052
其中，AI(t)为接收干扰信号,Wj(t)是加权量,Aj(t)是经过延时处理后的信号。
在上述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，所述步骤6中，进行运算的加权量Wj(t)也即电可调衰减器的衰减量由相关器的如下公式决定:
Figure BDA0003383267530000061
其中,η1(t)、η2(t)、η3(t)和η4(t)为四路干扰提取信号与抵消剩余信号的乘积，τ为相关器时间常数，C表示相关器的增益。
有益效果：本发明中耦合器I用于从发射天线耦合干扰信号作为副本用于自适应干扰抑制系统重构接收干扰信号；延迟器I、延迟器II和延迟器III用于对干扰提取信号进行时延处理，用于匹配天线的静态和动态时延，并产生四路参考信号；电可调衰减器对参考信号进行幅值调整；合成器实现经电可调衰减器幅值调整后的信号的合并，产生用于对消接收干扰信号的干扰重构信号；耦合器II用于将合成器输出的干扰重构信号与接收干扰信号对消，并将对消剩余信号送入相关器；相关器用于将参考信号和对消剩余信号进行相关运算，并将运算结果用于控制电可调衰减器的衰减量大小。以上方案可提高自适应共址干扰抑制系统的宽带干扰抑制性能。
本发明系统用于解决共址通信平台自适应共址干扰抑制系统在抑制宽带干扰时对时延匹配误差敏感的问题，并在大时延匹配误差下提高宽带干扰的抑制水平。
附图说明
图1为本发明的应用场景信号传输示意图。
图2为本发明的硬件连接结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本发明基本原理如下：
假设经过延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV的参考信号为
Figure BDA0003383267530000071
假设干扰信号为
Figure BDA0003383267530000072
Bi和AIi表示参考信号和干扰信号中第i个频率分量的幅值，ωi表示第i个频率分量的角频率，τ0-τ1,τ0+τ1，τ0-τ2,τ0+τ2表示延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV的延迟时间，τI表示干扰信号相对于参考信号的时延，n表示干扰信号中的频率数。
干扰对消剩余信号为
Figure BDA0003383267530000073
其中，W1(t)、W2(t)、W3(t)和W4(t)表示电调衰减器的衰减量大小，AI(t)为接收干扰信号。
经过相关器I、相关器II、相关器III和相关器IV输出控制的电可调衰减器I、电可调衰减器II、电可调衰减器III和电可调衰减器IV的输出信号，经过合成器输出为
Y(t)＝W1(t)A1(t)+W2(t)A2(t)+W3(t)A3(t)+W4(t)A4(t) (4)
其中加权量(也即电调衰减器的衰减量)由相关器由如下运算决定
Figure BDA0003383267530000081
其中C表示相关器的增益，τ为相关器时间常数，η1(t)、η2(t)、η3(t)和η4(t)表示对消剩余信号与经过时延后的四路参考信号的乘积，如下计算
Figure BDA0003383267530000082
其中
Figure BDA0003383267530000083
Figure BDA0003383267530000084
Figure BDA0003383267530000091
Figure BDA0003383267530000092
将式(6)代入式(5)可得稳态权值W1(∞)、W2(∞)、W3(∞)和W4(∞)，由于系统闭环工作，在该稳态权值作用下，系统的剩余干扰最小，将其代入式(3)可得抵消剩余
Ae(t)＝AI(t)-[W1(∞)A1(t)+W2(∞)A2(t)+W3(∞)A3(t)+W4(∞)A4(t)] (7)
四路延迟输出信号的表达式见(1)式，相关器实现积分运算，见式(5)，相关器输出通过信号线连接至电调衰减器控制端，实现对消由式(3)或(7)表达，由对四路参考信号的加权实现干扰对消目的。
实现本发明共址宽带干扰抑制系统的技术方案为：一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统，它由耦合器I、四路功分器、延迟器、电可调衰减器、相关器、合成器、耦合器II构成。
耦合器I，从发射系统提取少量发射信号作为干扰副本，并将干扰副本送入四路功率分配器进行信号分路。
四路功分器，将干扰副本分配为四路等幅同相输出参考信号，并分别送入延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV。
延迟器I和延迟器II，将功分器输出的两路参考信号进行时延，时延量由天线静态时延误差决定，并将时延后的参考信号送入可调衰减器I和可调衰减器II进行幅值调整。
延迟器III和延迟器IV，将功分器输出的两路参考信号进行时延，时延量由天线的最大动态时延决定，并将时延后的参考信号送入可调衰减器III和电可调衰减器IV进行幅值调整。
可调衰减器I、可调衰减器II、可调衰减器III和可调衰减器IV用于调整四路功分器输出的参考信号大小，并将输出信号送入四路合成器，用以产生干扰重构信号，可调衰减器可选择基于PIN管结构的双极性电调衰减器或者程控步进衰减器。
合成器，用于将可调衰减器输出的经幅值调整的参考信号合成，并输出干扰重构信号，送入耦合器II，用于与接收干扰信号相抵消。
耦合器II，将合成器输出的干扰重构信号送至接收系统，与接收干扰信号抵消，并将抵消后的剩余干扰信号送入相关器，用于相关检测运算和可调衰减器衰减量的控制。
相关器，用于将经过时延的干扰提取信号和抵消剩余信号进行相关运算，并将运算结果送入可调衰减器控制端，控制其对参考信号的衰减量大小。相关器一般由乘法器和积分器组成。乘法器可选择AD835、MC1954L等芯片，积分器可选择ICL7650等芯片构成。
下面结合附图进行详细说明。
如图1所示，共址通信台站的两台邻近的收发信机，当大功率发射机工作时会通过空间耦合而干扰同时工作的接收机，严重时将导致接收机损坏。通过构建一套自适应干扰抵消系统，可以在敏感接收机侧将接收干扰抵消，从而对接收的起到保护作用。传自适应干扰抵消系统实现宽带干扰时对时延匹配精度要求很高，当出现较大的匹配误差时，将导致干扰抵消性能显著下降。本发明对自适应干扰抵消系统的结构进行和改进，采用四通道架构，通过时延误差匹配和天线摆动导致的时延偏差匹配，并由相关器控制可调衰减器衰减量大小，实现参考信号的幅相调整，重构出接收干扰信号，继而实现干扰相消。
如图2所示，四通道鲁棒自适应干扰抵消系统，包括耦合器I、功分器、延迟器、可调衰减器、相关器、合成器、耦合器II。
耦合器I与发射系统相联，输出与四路功分器相联。耦合器I从发射系统耦合部分发射信号副本，作为自适应共址干扰抵消系统的参考信号，用于自适应共址干扰抵消系统重构接收干扰信号。
四路功分器输入与耦合器I相联，对耦合器耦合的干扰副本进行分路，输出的四路等幅同相参考信号分别与延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV相联。
延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV的输入与四路功分器的输出相联，对四路参考信号分别进行时延误差和时延偏差处理，并输出四路时延参考信号，分别与可调衰减器I、可调衰减器II、可调衰减器III和可调衰减器IV相联，同时将四路参考信号送入相关器。
可调衰减器I、可调衰减器II、可调衰减器III和可调衰减器IV的输入分别与延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV的输出相联。可调衰减器实现输入参考信号的幅值调整，调整量由相关器运算结果控制，调整后的输出信号用于重构干扰信号。可调衰减器可选用双极性电调衰减器或者步进衰减器。可调衰减器输出与合成器相联。
合成器输入与可调衰减器I、可调衰减器II、可调衰减器III和可调衰减器IV的输出相联，输出与耦合器II相联。合成器对输入信号进行加法运算，并形成干扰重构信号输出，用于与接收干扰信号相消。
相关器I、相关器II、相关器III和相关器IV的输入分别与延迟器输出和耦合器II输出相联，输出与可调衰减器相联。相关器对参考信号和干扰抵消剩余信号进行相关运算，运算结果用于控制可调衰减器的衰减量。相关器一般由积分器和乘法器构成。
乘法器的两个输入分别与延迟器输出和耦合器II输出相联，输出与积分器输入相联。乘法器对参考信号和抵消剩余信号做相乘运算。运算结果保留直流量，交流量由积分器滤除。乘法器可由AD835、MC1954L等芯片构成。
积分器的输入与乘法器输出相联，输出与可调衰减器相联。积分器用于滤除乘法器输出的交流量，保留直流量，该直流量用以控制可调衰减器的衰减量。积分器可由ICL7650等芯片构成。
耦合器II输入与合成器相联，输出与相关器相联。耦合器II实现合成器输出的干扰重构信号与接收干扰信号相抵消，并将抵消剩余信号送入相关器，进行相关运算。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统，其特征在于，设置在本地发射机和本地接收机之间，包括：
多路功分器：用于进行输入参考信号的等功率分配4路输出至时延器；
耦合器I：用于从发射天线提取干扰参考信号送入功分器；
延迟器组：包括若干延时器，用于对功分器输出4路信号的时延处理，并将处理后的信号送入电可调衰减器和相关器；
相关器组：包括若干相关器，用于对干扰对消剩余信号和参考信号做相关运算，并将运算结果作为电可调衰减器的控制信号，控制电可调衰减器衰减量的大小；
电可调衰减器组：包括若干电可调衰减器，用于对经时延后的参考信号幅值调整，并将调整后的信号送入合成器，生成干扰抵消信号；
合成器：用于将经过幅值调整的4路信号合并输出，送入耦合器I以抵消接收干扰信号；
耦合器II：用于将合成信号与接收干扰信号相抵消，并将剩余信号送入相关器。
2.根据权利要求1所述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统，其特征在于，所述延迟器组包括：
延迟器I：用于对干扰提取信号做静态时延匹配，并将匹配信号送入电可调衰减器I；
延迟器II：用于对干扰提取信号做一侧最大动态范围的时延匹配，并将匹配信号送入电可调衰减器II；
延迟器III：用于对干扰提取信号做另一侧最大动态范围的时延匹配，并将匹配信号送入电可调衰减器III；
延迟器IV：用于对干扰提取信号做另一侧最大动态范围的时延匹配，并将匹配信号送入电可调衰减器IV。
3.根据权利要求1所述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统，其特征在于，所述相关器组包括：
相关器I：用于对干扰对消剩余信号和经过时延I的参考信号做相关运算，产生控制电可调衰减器I的控制信号，并送入电可调衰减器I；
相关器II：用于对干扰对消剩余信号和经过时延II的参考信号做相关运算，产生控制电可调衰减器II的控制信号，并送入电可调衰减器II；
相关器III：用于对干扰对消剩余信号和经过时延III的参考信号做相关运算，产生控制电可调衰减器III的控制信号，并送入电可调衰减器III；
相关器IV：用于对干扰对消剩余信号和经过时延IV的参考信号做相关运算，产生控制电可调衰减器IV的控制信号，并送入电可调衰减器IV。
4.根据权利要求1所述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消系统，其特征在于，所述电可调衰减器组包括：
电可调衰减器I：用于对经过时延I的参考信号做幅值调整，并产生用于合成的输出信号，并将输出信号送入合成器；
电可调衰减器II：用于对经过时延II的参考信号做幅值调整，并产生用于合成的输出信号，并将输出信号送入合成器；
电可调衰减器III：用于对经过时延III的参考信号做幅值调整，并产生用于合成的输出信号，并将输出信号送入合成器；
电可调衰减器IV：用于对经过时延IV的参考信号做幅值调整，并产生用于合成的输出信号，并将输出信号送入合成器。
5.一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，其特征在于，包括：
步骤1，耦合器I从发射天线提取发射信号作为副本，送入四路功分器；
步骤2，四路功分器对耦合器I提取的发射信号进行等功分处理，输出四路等幅值同相参考信号，分别送入延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV；
步骤3，延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV分别对四路参考信号进行时延处理后，输出四路信号分别送入电可调衰减器I、相关器I、电可调衰减器II、相关器II、电可调衰减器III、相关器III、电可调衰减器IV和相关器IV；
步骤4，电可调衰减器I、电可调衰减器II、电可调衰减器III、电可调衰减器IV对输入的四路参考信号进行幅值调整，输出送入四路合成器做加法运算，运算后的输出再送入耦合器II；
步骤5，耦合器II将四路合成器输出的合成信号耦合至接收天线，与接收干扰信号进行对消，并将对消剩余信号送入相关器I、相关器II、相关器III和相关器IV；
步骤6，相关器I、相关器II、相关器III和相关器IV对耦合器II输出对消剩余信号和延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV输出的四路延时参考信号进行运算，并将运算结果送入电可调衰减器控制端，用于调整四路参考信号幅值大小，电可调衰减器的输出用于对消干扰信号。
6.根据权利要求5所述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，其特征在于，所述步骤2中，定义经过延迟器I、延迟器II、延迟器III和延迟器IV的参考信号为
Figure FDA0003383267520000031
干扰信号为
Figure FDA0003383267520000032
Bi和Ali表示参考信号和干扰信号中第i个频率分量的幅值，ωi表示第i个频率分量的角频率，τI表示干扰信号相对于参考信号的时延，n表示干扰信号中的频率数。
7.根据权利要求6所述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，其特征在于，所述步骤3中，经过延时处理后的信号表示为：
Figure FDA0003383267520000041
其中，T0为天线间的静态计算标准时延，T1为天线间静态时延误差，T2为天线间动态时延最大偏差。
8.根据权利要求5所述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，其特征在于，所述步骤4中，经过相关器I、相关器II、相关器III和相关器IV输出控制的电可调衰减器I、电可调衰减器II、电可调衰减器III、电可调衰减器IV的输出信号，经过合成器输出为
Y(t)＝W1(t)A1(t)+W2(t)A2(t)+W3(t)A3(t)+W4(t)A4(t) (3)
其中，W1(t)、W2(t)、W3(t)和W4(t)为可调衰减器衰减量。
9.根据权利要求5所述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，其特征在于，所述步骤5中，干扰对消剩余信号为
Figure FDA0003383267520000051
其中，AI(t)为接收干扰信号,Wj(t)是加权量,Aj(t)是经过延时处理后的信号。
10.根据权利要求5所述的一种四通道鲁棒自适应共址干扰抵消方法，其特征在于，所述步骤6中，进行运算的加权量Wj(t)也即电可调衰减器的衰减量由相关器的如下公式决定:
Figure FDA0003383267520000052
其中,η1(t)、η2(t)、η3(t)和η4(t)为四路干扰提取信号与抵消剩余信号的乘积，τ为相关器时间常数，C表示相关器的增益。
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