無線電抗干擾設(shè)備制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種無線電抗干擾設(shè)備，包括天線陣列采樣模塊、濾波模塊、放大和移相模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、移相和加權(quán)計(jì)算模塊以及求和模塊；天線陣列采樣模塊采樣信號(hào)后，通過濾波器模塊濾波，送入放大和移相模塊，放大和移相模塊輸出的信號(hào)通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊后送入移相和加權(quán)計(jì)算模塊，移相和加權(quán)計(jì)算模塊形成相位移動(dòng)值和幅度加權(quán)值控制量，送回放大和移相模塊，放大和移相模塊采用修正后的相位移動(dòng)值和幅度加權(quán)值對(duì)經(jīng)過濾波的采樣信號(hào)進(jìn)行移相和放大，再將信號(hào)求和后輸出。本發(fā)明專利技術(shù)在信號(hào)進(jìn)入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊量化前在模擬域上進(jìn)行加權(quán)和移相合成，采用閉環(huán)控制方法減少器件誤差，從根本上提高了無線電設(shè)備的抗干擾能力。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
無線電抗干擾設(shè)備
本專利技術(shù)屬于無線電導(dǎo)航和通信領(lǐng)域，具體涉及一種無線電抗干擾設(shè)備。
技術(shù)介紹
無線電導(dǎo)航和通信設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種精確打擊武器的制導(dǎo)、通信和測控、以及武器實(shí)驗(yàn)場高速武器的跟蹤和精確軌道測量中；但以上無線電通信和導(dǎo)航接收的無線電信號(hào)通常很微弱，如GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的功率一般在-130dBmW左右，等于1000英里外1個(gè)25W燈泡的發(fā)光強(qiáng)度，這樣微弱的信號(hào)非常容易遭到干擾。試驗(yàn)證實(shí)：功率為1W的調(diào)頻干擾，可以使半徑為22km內(nèi)的GPS接收機(jī)不能工作。當(dāng)干擾距離增加一倍時(shí)，發(fā)射功率只需增加6dB。這種干擾機(jī)使用高增益的全向天線，在視距范圍幾百公里內(nèi)的導(dǎo)航用戶都將受到干擾。如圖1所示，為干擾源離接收機(jī)不同的距離（橫軸表示）時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)能夠容忍的最大干擾信號(hào)比。例如100W的干擾機(jī)，距離1000米時(shí)，接收機(jī)感知到干擾電平和有用信號(hào)功率比(簡稱：干信比J/S，記為J/S)為90dB。對(duì)于沒有做任何抗干擾處理的軍碼導(dǎo)航接收機(jī)（P（Y））接收機(jī)，最大的干信比J/S為34dB。對(duì)于經(jīng)過一般抗干擾處理的P(Y)接收機(jī)，最大的干信比為44dB。一般的民用接收機(jī)能夠容忍的J/S只有22dB。而此時(shí)干擾機(jī)形成的干信比J/S為90dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以上各接收機(jī)的抗干擾門限，以上各接收機(jī)將在這種干擾環(huán)境無法正常工作。目前市場上出現(xiàn)了一系列針對(duì)在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的無線電抗干擾電子設(shè)備。這些設(shè)備一般采用利用陣列天線，采用空域?yàn)V波的方式，進(jìn)行干擾壓制。目前，一般可以抗擊60dB到90dB的無線電干擾。目前還沒有出現(xiàn)抗干擾能力更強(qiáng)的無線電抗干擾設(shè)備。目前，常規(guī)的抗干擾算法為空域自適應(yīng)濾波。其基本原理是，接收無線電信號(hào)的天線不是采用一個(gè)天線，而是采用N（N>3）個(gè)天線組成的天線陣列來同時(shí)接收無線電信號(hào)。利用干擾信號(hào)和有用信號(hào)一般不是同一個(gè)方向的特征來區(qū)分干擾信號(hào)和有用信號(hào)，對(duì)同時(shí)接收到N路信號(hào)進(jìn)行不同的移相和加權(quán)，然后相加，使得干擾信號(hào)進(jìn)行對(duì)消，而有用信號(hào)沒有被對(duì)消，從而在空域中消除了無線電信號(hào)干擾，如圖2所示。圖3所示為
技術(shù)介紹
的具體實(shí)施方式：假設(shè)有N（N>3）個(gè)天線同時(shí)接收無線電信號(hào)，將天線收到的信號(hào)分別為記為，其中第m個(gè)天線單元接收到的信號(hào)記為：上式中，為信號(hào)幅度，為信號(hào)頻率，為信號(hào)相移。抗干擾信號(hào)處理的方法是，通過分析N個(gè)接收信號(hào)的特征，計(jì)算出對(duì)每一路天線信號(hào)進(jìn)行相位移動(dòng)和幅度加權(quán)值，然后在進(jìn)行求和，得到合成后的信號(hào)目前的抗干擾接收機(jī)采用如圖4、圖5所示的設(shè)備方案，接收N個(gè)天線信號(hào)的微弱射頻信號(hào)，通過N個(gè)并行的射頻接收機(jī)模塊，進(jìn)行濾波、變頻放大、濾波、放大到一定強(qiáng)度的中頻信號(hào)，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）進(jìn)行量化處理。送入數(shù)字信號(hào)處理模塊處理，采用空時(shí)自適應(yīng)濾波算法，識(shí)別和剔除各種強(qiáng)電磁干擾信號(hào)，然后在基帶信號(hào)處理模塊內(nèi)合成，然后再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），進(jìn)行數(shù)字域到模擬域轉(zhuǎn)化，再次調(diào)制到給定的頻率，形成剔除干擾信號(hào)的無線電信號(hào)，送入到接收機(jī)。可以看出，這種抗干擾處理的主要特點(diǎn)是，對(duì)各個(gè)天線陣信號(hào)進(jìn)行加權(quán)移相是在進(jìn)行ADC量化后進(jìn)行的，加權(quán)移相本身也是數(shù)字化方式。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是加權(quán)移相完全是在數(shù)字域上進(jìn)行，利用一般的FPGA/DSP器件可以非常方便實(shí)現(xiàn)。對(duì)射頻的要求不是很高，射頻比較簡單。目前市面上的抗干擾設(shè)備基本是這種方案。以上方案的主要問題是抗干擾能力有限，主要原因是，其需要將天線接收到的微弱無線電信號(hào)放大到幅度比較大中頻信號(hào)，才能夠被ADC器件采集到。ADC器件的特點(diǎn)是，只有到送入到ADC前端的信號(hào)達(dá)到一定的強(qiáng)度后，才能被采集到。例如對(duì)于ADI公司生產(chǎn)的14位精度、125MSPS的AD9258器件，進(jìn)入ADC前端的信號(hào)至少大于－55dBmW，才能被采集到。一般來說，中頻信號(hào)必須達(dá)到ADC的最小量化電平以上3到6dB才能被采集到，否則會(huì)讓信號(hào)淹沒在ADC本身的噪聲中。射頻信號(hào)本來是非常微弱的，例如對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，20MHz帶寬的射頻熱噪聲電平只有－99dBmW，而ADC的噪聲電平大致在-55dBmW。因此，射頻的放大倍數(shù)G至少為-55dBmW－（－99dBmW）＝44dB。如此大的放大倍數(shù)，對(duì)于強(qiáng)干擾信號(hào)是不利的。例如，如果射頻的放大倍數(shù)G維持為44dB，此時(shí)天線入口的輸入信號(hào)最大只能達(dá)到－44dBmW才能放大到中頻0dBmW的信號(hào)。考慮到強(qiáng)信號(hào)產(chǎn)生的非線性失真，實(shí)際輸入信號(hào)比該信號(hào)－44dBmW還小至少6dB以下，因此最大輸入信號(hào)將小于－44dBmW－6dB＝－50dBmW。因此，實(shí)際可以達(dá)到的抗干擾能力為－50dBmW－（－130dB）＝80左右。可以看出，只有降低ADC的底噪聲電平，才能降低射頻接收機(jī)的放大倍數(shù)G，從而提高最大的能夠進(jìn)入到射頻接收機(jī)的干擾信號(hào)電平。受ADC成本、器件工藝的限制，目前ADC的底噪聲電平幾乎已經(jīng)達(dá)到了工藝的極限，很難再大幅度降低。這是傳統(tǒng)方案的抗干擾能力無法進(jìn)一步大幅度提升的主要原因。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)的目的在于提供一種能夠有效提高抗干擾能力的無線電抗干擾設(shè)備。本專利技術(shù)提供的這種無線電抗干擾設(shè)備，包括天線陣列采樣模塊、濾波模塊、放大和移相模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊（ADC模塊）、移相和加權(quán)計(jì)算模塊以及求和模塊；天線陣列采樣模塊采樣信號(hào)后，通過濾波器模塊濾波，直接送入放大和移相模塊，放大和移相模塊輸出的信號(hào)通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊（ADC模塊）進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后送入移相和加權(quán)計(jì)算模塊，移相和加權(quán)計(jì)算模塊形成相位移動(dòng)值和幅度加權(quán)值控制量，送回放大和移相模塊，對(duì)放大和移相模塊的相位移動(dòng)值和幅度加權(quán)值進(jìn)行修正，放大和移相模塊采用修正后的幅度加權(quán)值和相位移動(dòng)值對(duì)經(jīng)過濾波的采樣信號(hào)進(jìn)行幅度加權(quán)和相位移動(dòng)，再輸出信號(hào)到求和模塊，通過求和模塊求和后，輸出信號(hào)。所述放大和移相模塊采用射頻接收通道，包括可變放大器和移相變頻器。所述移相和加權(quán)計(jì)算模塊采用復(fù)數(shù)加權(quán)和計(jì)算模塊，為數(shù)字信號(hào)處理電路。所述可變放大器和移相變頻器，包括正交下變頻器、濾波器和矢量調(diào)制器。正交下變頻器的輸入端與經(jīng)過濾波的天線采集信號(hào)連接，正交下變頻器輸出兩路I/Q正交信號(hào)，經(jīng)過濾波后再次送入一個(gè)矢量調(diào)制器進(jìn)行精密的移相處理，矢量調(diào)制器的輸出端與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊（ADC模塊）量化端連接，同時(shí)復(fù)數(shù)加權(quán)和計(jì)算模塊輸出的相位和幅度控制量輸入矢量調(diào)制器模塊。所述數(shù)字信號(hào)處理電路采用DSP或FPGA器件電路。本專利技術(shù)還提供一種用矢量調(diào)制器進(jìn)行移相的方法；所述矢量調(diào)制器的相位和幅度控制量是由移相和加權(quán)計(jì)算模塊產(chǎn)生，移相和加權(quán)計(jì)算模塊根據(jù)空域自適應(yīng)算法，首先產(chǎn)生相位移相控制信號(hào)φm和幅度加權(quán)控制信號(hào)km，然后根據(jù)φm、km形成大小分別為kmcos(φm)、kmsin(φm)的控制電壓送入矢量調(diào)制器的幅度和相位控制端，矢量調(diào)制器根據(jù)控制電壓信號(hào)完成相位移動(dòng)和幅度加權(quán)運(yùn)算。本專利技術(shù)，在信號(hào)進(jìn)入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊（ADC模塊）量化前進(jìn)行加權(quán)合成，在模擬域上進(jìn)行加權(quán)合成，從根本上回避了模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊（ADC模塊）的底噪聲問題，使得射頻的放大倍數(shù)能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于44dB，從而使得更強(qiáng)的干擾也可以得到線性放大并被后續(xù)電路消除掉，從而在根本上提高設(shè)備的抗干擾指標(biāo)；本專利技術(shù)考慮了電路的非線性效應(yīng)，從天線射頻輸入的最強(qiáng)干擾電平可以達(dá)到－35dBmW本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種無線電抗干擾設(shè)備，包括天線陣列采樣模塊、濾波模塊、放大和移相模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、移相和加權(quán)計(jì)算模塊以及求和模塊，其特征在于天線陣列采樣模塊采樣信號(hào)后，通過濾波器模塊濾波，直接送入放大和移相模塊，放大和移相模塊輸出的信號(hào)通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后送入移相和加權(quán)計(jì)算模塊，移相和加權(quán)計(jì)算模塊形成相位移動(dòng)值和幅度加權(quán)值控制量，送回放大和移相模塊，對(duì)放大和移相模塊的相位移動(dòng)值和幅度加權(quán)值進(jìn)行修正，放大和移相模塊采用修正后的幅度加權(quán)值和相位移動(dòng)值對(duì)經(jīng)過濾波的采樣信號(hào)進(jìn)行幅度加權(quán)和相位移動(dòng)，再輸出信號(hào)到求和模塊，通過求和模塊求和后，輸出信號(hào)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種無線電抗干擾設(shè)備，包括天線陣列采樣模塊、濾波模塊、放大和移相模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、移相和加權(quán)計(jì)算模塊以及求和模塊，其特征在于天線陣列采樣模塊采樣信號(hào)后，通過濾波器模塊濾波，直接送入放大和移相模塊，放大和移相模塊輸出的信號(hào)通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后送入移相和加權(quán)計(jì)算模塊，移相和加權(quán)計(jì)算模塊形成相位移動(dòng)值和幅度加權(quán)值控制量，送回放大和移相模塊，對(duì)放大和移相模塊的相位移動(dòng)值和幅度加權(quán)值進(jìn)行修正，放大和移相模塊采用修正后的幅度加權(quán)值和相位移動(dòng)值對(duì)經(jīng)過濾波的采樣信號(hào)進(jìn)行幅度加權(quán)和相位移動(dòng)，再輸出信號(hào)到求和模塊，通過求和模塊求和后，輸出信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電抗干擾設(shè)備，其特征在于所述放大和移相模塊采用射頻接收通道，包括可變放大器和移相變頻器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線電抗干擾設(shè)備，其特征在于所述移相和加權(quán)計(jì)算模塊采用復(fù)數(shù)加權(quán)和計(jì)算模塊，為數(shù)字信號(hào)處理電路。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線電抗干擾設(shè)備，其特征在于所述可變放大器和移相變頻器，包括正交下變頻器、濾波器和矢量調(diào)制器；正交下變頻器的輸入端與經(jīng)過濾波的天線采集信號(hào)連接，正交下變頻器輸出兩路正交信號(hào)，經(jīng)過濾波后再次送入一個(gè)矢量調(diào)制器進(jìn)行精密的移相處理，矢量調(diào)制器的輸出端與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊量化端連接，同時(shí)移相和加權(quán)計(jì)算模塊輸出的幅度和移相控制量則輸入矢量調(diào)制器模塊。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張傳勝，劉毅，高力行，卞紅波，龔高茂，徐淼，嚴(yán)劍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖南邁克森偉電子科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南;43