射频干扰对消是怎么回事?
电波之矛 2022-11-29

提到射频干扰对消,大家肯定会想到EA-18G的射频干扰对消Interference cancellation system(INCANS)模块。EA-18G咆哮者使用强大的电子干扰来压制敌方的雷达,从而保护盟军飞机进入敌方领土。但是,高功率的压制干扰同时也会干扰己方的机载通信。通过INCANS接收干扰信号的样本,并通过该样本形成对消信号,然后将其与接收支路的接收信号合成,从而对消接收支路的干扰信号,仅留下需要的的接收信号。下图中红色的圆圈内的模块。

INCANS模块2004年由EDO公司开始研制,并于2005年完成首套的研制。INCANS模块的关键实现技术是EDO的Cosite干扰减轻子系统(CIMS)。CIMS是一种主动对消器,可在在机载干扰设备辐射干扰的情况下同时进行远程语音通信。该模块在ALQ-99实施全频段压制干扰的同时,采用主动干扰对消技术保证己方甚高频(UHF)通信的畅通。这项技术当时也是首次应用。

2007年,EDO公司被ITT公司收购,并成立了Exelis公司,该模块的使用方式如下图,Exelis声称在实验室环境INCANS模块可以获得超过60dB的对消比,尽管真实环境下在一定程度降低对消比,但仍能实现40-50dB的对消比。对于瞬时带宽为2GHz的系统,在频带中心可获得60dB、频带边沿获得10dB的对消比。

在Exelis公司的产品手册上可以看到该模块的相关参数如下:

尺寸:长330.2mm   宽  157.48mm   高193.04mm
重量:11.577kg
模块化设计: 10 SRAS(车间可更换组件)

2015年,哈里斯公司(Harris)收购了Exelis公司,哈里斯公司声称目前他们最新的干扰对消解决方案可以提供100db甚至更高的真实干扰对消,如下图所示。最新一代的哈里斯干扰对消器使用高级干扰对消系统(AIMS),并采用了标准化、开放和可扩展的架构,可快速部署在固定站点、地面车辆、飞机上和船只上。此外,一个AIMS可以为多个受扰接收者提供从一个到多个干扰源的电磁干扰防护。AIMS可以应用于宽带或宽带信号的宽频谱范围,从HF到X频带以上。

射频干扰对消技术的起源可以追溯到20 世纪30 年代出现的静音机,1934年,Paul Leug提出利用声波反相干涉相消来消除噪声的方法,即通过人为引入噪声源,并调节使其与原噪声源幅值相等、相位相反,两者叠加抵消从而消减噪声。该技术后来广泛应用于飞机驾驶舱内的噪声。

二十世纪60年代末,干扰对消技术逐渐应用到通信抗干扰中来。美国罗马航空发展中心(Rome Air Development Center,RADC)最先承接了这一课题,并提出采用“有源干扰抵消技术“,研制了自动相位微调的开环干扰抵消系统。该系统在300 MHz 的载频上,实现了对邻道干扰的抑制。60年代末先后研制了几个实验性系统,证明此技术是可行的。70年代以后,在军事通信各领域,如空中指挥、空中交通管制、岸基通信、机载通信等方面开始应用。

射频干扰对消技术最初的发展思想也是构建一个与干扰信号幅度相同、相位相反的射频信号,并与干扰信号合成,从而对干扰信号形成抵消效果。对消技术由于其原理简单,便于用多种技术形式实现,干扰信号的正交合成技术即是最开始的技术实现形式。下图为基于光子技术正交合成射频干扰对消系统。

近年来随着数字技术的发展出现了基于自适应滤波的多时延信号合成技术,即利用自适应滤波算法控制各个合成信号的权值大小,最后实现对原始信号的滤波,从而达到干扰对消的目的。

尽管实现途径不一样,但总的来说两种方式都是通过构建与原信号具有相关性的对消信号,最终获得期望信号。

国外应用情况

1、哈里斯公司

通过谷歌专利可以看到干扰对消的大部分专利是American Nucleonics Corporation公司申请的,该公司也即现在的哈里斯公司。

2、ZEGER ABRAMS 公司

Zeger-Abrams公司成立于1977年,一直以来致力于复合干扰和同频干扰的抑制等先进信号处理技术的研究。相关产品主要有:

a、跳频自适应干扰消除器(HAIC)

频率范围:             30至400 MHz
发送功率:             高达+35 dBm
相干干扰输入:     高达+22 dBm
干扰对消输出功率:<-40 dBm
插入损耗(期望信号):< 4.5 dB
输出增加宽带噪声:   无
输入三阶截取点:+62 dBm
跳频稳定暂态峰值:<-20 dBm
尺寸:     3.7“x 2.1”x 6.2“每个模块
重量:     <24盎司 每个模块

b、抗多路径系统

频率范围:0.5 - 18 GHz

多径干扰的自适应对消,可以实现具有超低旁瓣电平天线的精确测向。

3、英国ERA 公司

英国ERA 公司研制了多种对消产品,包括小型化对消产品和多通道的对消产品。

2006 年该公司为美国的海岸警卫队设计并制造的150 ~ 175 MHz频段的8 通道干扰对消器。该对消器可在8 通道同时工作时实现40 dB抵消比,当干扰信号与有用信号相隔250 Hz时,有用信号只衰减3 dB。

4、PSI公司

PSI(Photonic Systems,Inc)公司成立于1999年,主要从事微波光子技术的研究。凭借数十年的集成光电经验,PSI为国防、通信、研究和政府的客户带来了一流的组件和链路解决方案。

2012年,PSI公司在SBIR项目的支持下开展了“High-power Interference Canceller with Optional Self-generated Reference”项目的研究,提出主动抑制了大功率干扰的方案,并研制了高功率干扰对消器(LASCAN™)。下图为PSI采用的方案:

PSI的研制的LASCAN™可以显着减少系统在电磁频谱使用中不必要的RF干扰。这样的系统通常需要在面临大功率干扰的情况下使用,其可以提高性噪比约100dB。当连接在天线和系统发射和接收路径之间时,LASSCAN™已经展示了60-70 dB的大干扰功率的对消。

到目前为止,LASSCAN™已验证了HF(3 MHz)到X频段(12 GHz)的对消能力,原理上可以实现高达W波段(100 GHz)信号的对消。  LASSCAN还能够对消所有形式的同频干扰。

PSI研制的RF干扰对消器,可以在50W的功率下工作,同时开发了更低功耗,更小尺寸的混合IC版本,称为INchip™。

PSI-7611-001G INchip™PSI-7600 50W干扰对消器

5、POC公司

POC(Physical Optics Corporation)成于立1985年,为服务于军事,国防,安全和商业市场的先进技术的系统集成商。

该公司针对射频干扰消除,研制了高功率可调谐敏捷射频滤波器,它在模拟域中工作,可以提供超过100 dB的带内衰减,并且反射功率(VSWR)非常小。

6、科巴姆天线系统公司

RF干扰对消是科巴姆天线系统公司(Cobham Antenna Systems)开发的集成通信环境(ICE)技术之一,用于优化在同一平台上同时运行的多个无线电(干扰机和对讲系统)的性能。科巴姆开发了一种新型射频干扰对消技术,极大地提高了设备灵敏度。

a、Multi-Radio Interference Cancellation System-ICE 7201

频率范围:30 –512 MHz
对消比:60dB (典型值)
功率: <18 W
VSWR:1.5:1

b、Communications-Through-ECM System-ICE 77201

频率范围:30 –512 MHz
对消比:60dB (典型值)
功率: <18 W
VSWR:1.5:1

7、ADRF公司

ADRF公司(Advanced RF Technologies,ADRF)是全球最大的服务提供商。ADRF的产品套件包括分布式天线系统,中继器,小型电池,天线和无源组件。

2014年1月,ADRF推出AXM2100-9543-ICS产品,该产品是该公司的专利干扰消除系统(ICS)™,用以克服各种户外环境中的干扰。

产品亮点:

• 专利干扰消除系统(ICS)™提供稳定的覆盖范围,在≤6微秒的对消窗口内获得高达-15dB 系统隔离度,
• 最大增益为95 dB 最大输出功率为43 dBm

其他参数如下:

参考:王慧. 电子信息系统中干扰对消技术的发展与应用[J]. 电讯技术,2016,56(12):1409-1416.

附: 美国射频对消相关的项目一览

DARPA项目及参与单位(98)

SBIR

美国陆军2015年项目

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