文献综述
将一系列独立的收发天线按照一定空间规律排列,并使各个天线的接收或发射信号之间具有特定的幅度、相位关系,从而改变送些天线对外总的辖射或接收特性,这一装置就被称为阵列天线,阵列天线中的每个天线单元称为阵元[1]。自适应阵列智能天线阵能够实时地调整天线方向,使天线的主波束对准期望信号方向,零陷对准干扰方向从而抑制干扰信号,在干扰和低信噪比环境下,接收端使用智能天线可以大大降低误码率,智能天线具有较强的抗干扰性能。
随着军队信息化进程的加快,军事领域电磁应用日益广泛,电磁空间的斗争会更加激烈并将对争夺未来战争主动权、乃至国家安全与战略利益拓展产生重大影响。现代战争中对电磁频谱的控制权已成为掌握战争主动权的关键环节,通信干扰与抗干扰受到普遍重视,使得通信对抗双方展开了激烈的较量,一方在寻求最佳的抗干扰方法与策略;另一方则在寻找最佳的侦察、识别、截获和干扰的方法和策略。要想保障我方军事通信的安全可靠,通信系统必须具有抗干扰、抗侦察和抗测向等通信对抗能力;要想破坏敌方的军事通信能力,我方也必须具有干扰敌方通信的强干扰源。世界各国在发展军事通信装备时,都非常注重通信与通信对抗中的干扰与抗干扰技术的研究与应用[2]。
无线通信是战场上保障作战与指挥的重要手段,现今装备部队车载指控通信系统基本是建立在超短波跳频电台之上,超短波跳频通信具有良好的抗干扰性,低截获概率及强组网能力,可以更好地利用超短波跳频电台进行准确可靠的军事通信,超短波跳频电台日益成为现代军事战术通信中应用最广泛的通信工具之一。超短波跳频通信技术已受到各国军方的重视并得到长足的发展,现在各国都装备有性能优良的超短波跳频电台。要想在现代战争中占据有力地位,我们不仅需要有先进的抗干扰电台保障战时的通信顺畅,而且还必须掌握怎样有效地去对抗敌方的通信装备,只有这样才能在通信对抗中掌握主动权。开展对跳频通信对抗的研究,寻求截获、分选识别和干扰跳频通信的方法,已成了当前通信对抗领域紧迫而困难的任务[2]。
本课题主要开展研究利用自适应数字波束形成算法对抗各类针对跳频通信的干扰,减小甚至消除各类干扰对跳频通信系统的影响。针对跳频通信系统的干扰主要有一下四种,分别为:宽带阻塞式干扰,部分频带阻塞式干扰、快速跟踪干扰和部分驻留时间干扰。
宽带阻塞式干扰:宽带阻塞式干扰信号的频谱宽度远大于雷达接收机的带宽,阻塞式干扰能同时干扰波段内的几部不同工作频率的雷达,也能干扰频率分集和频率捷变雷达。而且在干扰过程中,只需关心雷达工作频率范围,而不需要不断调制干扰机的中心频率,因此实现上简单。但其缺点是实际使用中干扰机的频谱宽度和功率时有限的,要达到宽的干扰频率宽度,必然导致干扰功率密度低,从而影响干扰效果[3]。
部分频带阻塞式干扰:跳频信号是宽带信号,在跳频通信所受到的干扰形式中,部分频带干扰可能更符合干扰的实际分布情况,全频段干扰要求很大的干扰功率,因此在运用上经常把整个频段分为几个较小的频段,采用部分频带干扰。多频干扰也可以看作是部分频带干扰的一种形式。为了达到干扰效果,采用部分频带干扰对跳频系统的干扰效果比全频段干扰效果好,为了提高跳频系统抗部分频带噪声干扰,可以采用自适应跳频技术,通过分析信道干扰的分布情况,自适应地避开分布的干扰,能有效地提高跳频系统抗部分频带干扰的能力。其缺点是干扰带宽窄,每一时刻只能干扰一部频率固定的雷达,而且由于频率引导的时延,它很难干扰频率捷变雷达和频率分集雷达[4][5]。
快速跟踪干扰:对跳频系统还存在频率跟踪干扰方式,跟踪式干扰是在对通信信号进行快速截获、分选、分析的基础上,确定干扰对象,引导干扰机瞄准通信信号频率发射干扰的一种干扰方式,由于对跳频信号的截获、分选、分析和发射干扰信号需要一定的时间,所以跟踪式干扰只能对每跳信号的部分时间实现干扰,这种干扰方式对慢速跳频系统产生很大的威胁,当跳频速率很高时,由于每一跳的驻留时间很短,跟踪式干扰方式来不及跟踪跳频信号,也就无法对干扰目标实施干扰。因此,跳频速率越高,越能保护跳频通信系统不受跟踪式干扰机的干扰。但是,在具体的工程实现上,跳频速率的提高。会受到许多因素的限制:频率合成器和同步技术等技术的限制。在跳频系统中,采用自适应天线调零技术可以较好地避免这一难题。随之带来的问题是,由于快速跟踪干扰的特点,系统对自适应信号处理器提出了更高的要求[2][6]。
为了实现对跳频通信系统的有效干扰,通常采用部分频带压制式干扰或全频带压制式干扰。从时频域上来看,各频率分量的干扰信号在干扰时间内始终存在。而跳频通信系统在每一跳的驻留时间内,仅占用整个通频带的很少一部分进行通信,因此通常采用的部分频带压制式干扰或全频带压制式干扰的绝大部分能量都被浪费了。为了节省干扰功率,研究扫频式干扰、更高跳速碰撞干扰等新的干扰方法成为又一种趋势。相对于传统干扰方法,这些新的干扰方法较容易满足信道干扰率、干信比等指标的要求。但由于这些新干扰方法的特点,即各频率分量的干扰信号在干扰时间内并非始终存在,因此从时域角度来看,在跳频通信系统的每跳驻留时间内,干扰信号只能干扰其中的一小部分。为此,在进行这些新的干扰方法研究中,研究部分驻留时间干扰对跳频同步及跟踪的影响尤为关键。
