一种通感探一体化信号接收装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种通感探一体化信号接收装置。

背景技术

无线通信技术作为现代通信的一个重要分支，在近几十年取得了巨大的进步和发展，促进了社会的进步和人们生活水平的提高。信号接收系统是通信系统的重要组成部分，其工作的稳定性和可靠性十分重要，对目标信号的长期稳定接收是实现信息获取的前提，是保证通信系统能够正常工作的基础。

频谱感知系统是一种重要的信号接收系统，该类系统对感兴趣目标发射的无线信号进行接收，对信号时域、频域、变换域等特征进行分析处理，通过模式识别和参数分析获取目标的详细特征属性，最终完成对目标特性的分析、处理和记录，是一种重要的频谱态势感知系统。探测系统是一种特殊的态势感知系统，能够接收系统发射探测波形的回波，实现目标距离、成像、速度等特征的测量。

现有的无线通信、频谱感知和目标探测系统通常采用“烟囱式”设计，各系统功能相互独立。当多个系统协同执行复杂任务时，存在交互链条长，交互时延大的问题，难以满足实时、高效的任务要求。通信、感知和探测系统在硬件结构和频谱资源上具有较多的相似性，对通信、感知和探测进行深度一体化设计能够更有效地利用频谱资源，减少各功能交互开销，提高整个系统执行任务的实时性和高效性。

另外，随着电磁环境日益复杂，电磁空间中充斥着各种各样的信号，比如移动通信信号、雷达探测信号、电子对抗干扰信号等，这些无意或者有意的干扰信号可能会对卫星信号接收系统任务造成极大影响，需要研究具备抗干扰能力的卫星信号接收系统，以降低电磁干扰信号对信号接收系统的影响。对通信、感知和探测进行一体化设计，能够实现抗干扰OODA环自闭环，减少系统硬件开销，提升系统执行通信、感知和探测任务的可靠性和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于：针对当前信号接收系统面临的功能单一和易受干扰威胁的问题，提出一种通感探一体化信号接收装置，可以实现无线通信、频谱感知和目标探测等功能，提升信号接收系统的一体化能力，并解决现有信号接收系统在面临干扰无法正常工作的问题，提升复杂电磁干扰环境下无线信号接收系统的稳定性和可靠性。

本发明是一种通感探一体化信号接收装置，具体技术方案如下：

包括主接收通道、扫描抵消接收通道、扫描抵消单元和一体化信号处理单元，

主接收通道，使用宽频分段式高增益抛物面天线接收混合信号，输出中频混合信号；

扫描抵消接收通道，使用扫描抵消喇叭天线接收强干扰信号，输出中频强干扰信号，进行周边电磁环境的干扰感知和强干扰信号接收；

中频混合信号与中频强干扰信号输入扫描抵消单元，扫描抵消单元估计中频混合信号中的干扰分量，使用中频混合信号减去估计的干扰分量，消除中频混合信号中的干扰分量，提升混合信号的信干比，获得较为纯净的目标信号；

一体化信号处理单元包括中频处理模块、通信模块、感知模块和探测模块，中频处理模块根据任务要求选择抵消后信号和中频混合信号，通信模块、感知模块和探测模块完成复杂电磁环境下的无线通信、频谱感知和目标探测。

进一步的，所述主接收通道包括宽频分段式高增益抛物面天线、第一天伺馈子系统、多个第一低噪放、多个第一下变频器，使用宽频分段式高增益抛物面天线接收混合信号，经过第一天伺馈子系统后，输入对应频段的第一低噪放和第一下变频器，得到中频混合信号，主接收通道按照信号特性进行频率分段，减少内部交叉干扰，扫描抵消单元和一体化信号处理单元根据任务频段需求选择对应的变频输出信号。

进一步的，所述扫描抵消接收通道包括扫描抵消喇叭天线、第二天伺馈子系统、第二低噪放和第二下变频器；通过扫描抵消喇叭天线接收强干扰信号，经过第二天伺馈子系统、第二低噪放、第二下变频器得到中频强干扰信号；扫描对消喇叭天线可配合感知模块进行全空域扫描；扫描抵消接收通道通过宽频信号变频进行接收处理后输入扫描抵消单元。

进一步的，所述扫描抵消单元包括数字化信道切换模块、第二开关矩阵模块、信道估计模块和干扰重构模块，其中：

所述扫描抵消单元接收中频混合信号和中频强干扰信号，第二开关矩阵根据任务要求选择对应频段的信号并输出，

所述数字化信号切换模块能够根据任务要求控制第二下变频器，选择干扰信号频段，可配合感知模块进行全频段扫描；

所述信道估计模块计算中频混合信号中的干扰分量与中频强干扰信号之间的幅度差值和时间差值，调整中频强干扰信号的幅度和时延后输出，使得强干扰信号与中频混合信号中干扰分量的幅度相同且无时差，

所述干扰重构模块对调整幅度和时延后的中频强干扰信号进行加权处理，实现对中频混合信号中干扰分量的重构。

进一步的，所述扫描抵消单元使用中频混合信号减去加权后的中频强干扰信号得到输出信号，通过最小化目标函数不断降低加权后强干扰信号与混合信号中干扰分量的差异，最终消除混合信号中的干扰分量，提升混合信号的信干比，输出的抵消后信号即为较纯净的目标信号。

进一步的，所述一体化信号处理单元包括第一开关矩阵、中频处理模块、通信模块、感知模块和探测模块，

所述第一开关矩阵根据任务要求选择频段进行输出，

所述中频处理模块接收开关矩阵输出的信号和扫描抵消单元输出的抵消后信号，根据任务要求进行选择性输出，

所述在中频信号处理之后，可根据任务实现无线通信、频谱感知和目标探测，通信模块通过信号解调、译码、同步等处理后获得通信数据，

所述感知模块可选择使用主接收通道的信号或扫描抵消接收通道的信号对信号频率、带宽等参数进行分析，并可调度宽频分段式抛物面天线和扫描抵消喇叭天线扫描周围电磁环境，控制扫描抵消喇叭天线扫描全空域信号，控制数字化切换模块扫描全频段信号，形成周边电磁环境频谱态势，

所述探测模块对感兴趣目标辐射的信号进行分析处理，支持多路信号接收进行探测定位，最终得到目标方位等信息，完成复杂电磁干扰环境下目标信号的接收处理。

所述感知模块在对周边电磁环境态势的过程中，若发现干扰信号，可以引导系统开启干扰抵消，消除干扰对通信模块和探测模块的影响，为系统的正常业务工作提供链路基础，

所述感知模块对周边电磁环境进行扫描后，可根据频谱态势辅助通信模块和探测模块工作，通信模块和探测模块可选择不受干扰的空闲频段开展工作，提升无线通信和目标探测的性能。

所述感知模块和探测模块在业务开展过程中若发现业务性能受限，影响通信模块和探测模块的正常工作，可以激活感知模块进行周边电磁环境普查，排查周边影响通信模块和探测模块正常工作的异常信号，并针对性进行应对，消除异常信号对通信模块和探测模块的影响，

所述感知模块、通信模块、探测模块进行一体化设计，可以相互协同工作，共同提升系统的性能，完成复杂电磁干扰环境下目标信号的接收处理。

进一步的，在系统开机初始化后，获取中心下发的任务，根据任务参数，调整抛物面天线的方位和俯仰角度，将抛物面天线精准指向任务目标位置，控制第一开关矩阵和第二开关矩阵选择对应频段的中频信号，持续接收目标方向辐射的感兴趣频段信号。

进一步的，所述扫描抵消接收通道的扫描抵消喇叭天线可灵活调度，根据干扰感知设定扫描规则，通过伺服控制快速准确控制扫描抵消喇叭天线的方位俯仰角度，快速对周围电磁空间环境进行全空域全频段频谱扫描。

进一步的，所述中频处理模块根据是否存在干扰信号进行信号选通切换，若干扰信号存在，一体化信号处理单元分析抵消后信号，中频处理模块的输入切换到抵消后信号，通信模块、感知模块和探测模块即处理抵消后信号；若干扰信号不存在，一体化信号处理单元分析中频混合信号，中频处理模块的输入切换到中频混合信号，通信模块、感知模块和探测模块即处理中频混合信号。

进一步的，判断干扰信号是否存在，具体的：

通过宽频分段式高增益抛物面天线接收到的信号与扫描抵消喇叭天线接收到的信号进行比对，如果扫描抵消喇叭天线在不同方位俯仰的感兴趣频段发现了与抛物面天线接收到了不同的信号，则说明该频段存在干扰信号；或者如果抛物面天线接收到的信号基本参数与情报先验信息不符，也说明该频段存在干扰信号，导致目标信号的分析结果出错；如果系统的通信模块和探测模块的正常性能受限导致无法工作，且系统内各模块排查后均正常，也说明存在外部异常干扰信号；

如果扫描抵消喇叭天线与抛物面天线接收到的信号相同，且抛物面天线接收到的信号基本参数与情报先验信息相符，说明周围不存在同频干扰信号，直接选择主接收通道的中频混合信号进行分析处理。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种通感探一体化信号接收装置，相比于现有的无线信号接收系统功能单一的问题，提出了一种集通信、感知和探测为一体的信号接收装置，可以实现无线通信、频谱感知和目标探测，感知模块、通信模块、探测模块可以相互协同工作，共同提高系统的性能，提升了信号接收装置的一体化能力。

本发明提供的一种通感探一体化信号接收装置，相比现有信号接收系统无法进行一体化信号接收处理的问题，提出了一种通感探一体化的信号接收处理流程，首先对通感探不同任务接收信号统一进行频谱感知并生成周边环境频谱态势，基于干扰感知结果按需对感知、通信和探测任务调度干扰抵消模块，消除干扰信号对系统性能的影响，输出统一预处理信号，最后系统根据任务的不同，通过调度加载不同的业务功能模块，在统一系统内实现通感探多功能一体化。

本发明提供的一种通感探一体化信号接收装置，相比于现有的无线信号接收系统无法对抗同频干扰，提出了一种基于扫描抵消的抗干扰架构，在对周边电磁环境进行扫描感知的基础上，通过信道估计和干扰重构进行干扰抵消处理，提升了无线信号接收系统在复杂环境下对抗干扰的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是本发明的一种通感探一体化信号接收装置的示意图。

图2是本发明的任务实施的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。

本实施例提供一种通感探一体化信号接收装置，其组成结构参阅图1，包括主接收通道、扫描抵消接收通道、扫描抵消单元和一体化信号处理单元，

主接收通道，使用宽频分段式高增益抛物面天线接收混合信号，输出中频混合信号；

扫描抵消接收通道，使用扫描抵消喇叭天线接收强干扰信号，输出中频强干扰信号，进行周边电磁环境的干扰感知和强干扰信号接收；

中频混合信号与中频强干扰信号输入扫描抵消单元，扫描抵消单元估计中频混合信号中的干扰分量，使用中频混合信号减去估计的干扰分量，消除中频混合信号中的干扰分量，提升混合信号的信干比，获得较为纯净的目标信号；

一体化信号处理单元包括中频处理模块、通信模块、感知模块和探测模块，中频处理模块根据任务要求选择抵消后信号和中频混合信号，通信模块、感知模块和探测模块完成复杂电磁环境下的无线通信、频谱感知和目标探测。

主接收通道由宽频分段式高增益抛物面天线、第一天伺馈子系统、第一低噪放1～N、第一下变频器1～N组成；使用宽频分段式高增益抛物面天线接收混合信号，经过第一天伺馈子系统，混合信号中各个频率的信号输入对应频段的第一低噪放、第一下变频器得到中频混合信号；主接收通道按照信号特性进行频率分段，减少内部交叉干扰，可根据任务频段需求选择对应的变频输出信号。

扫描抵消接收通道由扫描抵消喇叭天线、第二天伺馈子系统、第二低噪放、第二下变频器组成；扫描抵消接收通道在传统信号接收系统单个抛物面接收天线的基础上增加可灵活调度的扫描抵消喇叭天线，通过伺服控制可快速准确控制方位俯仰角度；通过扫描抵消喇叭天线接收强干扰信号，经过第二天伺馈子系统、第二低噪放、第二下变频器得到中频强干扰信号；扫描对消喇叭天线可配合感知模块进行全空域扫描；扫描抵消接收通道通过宽频信号变频进行接收处理，降低设计复杂度，实现全频段信号接收功能。

扫描抵消单元由数字化信道切换模块、第二开关矩阵模块、信道估计模块和干扰重构模块等组成；扫描抵消单元接收中频混合信号和中频强干扰信号，第二开关矩阵根据任务要求选择对应频段的信号并输出，数字化信号切换模块根据任务要求控制第二下变频器选择干扰信号频段，数字化信号切换模块可配合感知模块进行全频段扫描，信道估计模块计算中频混合信号中的干扰分量与中频强干扰信号之间的幅度差值和时间差值，调整中频强干扰信号的幅度和时延后输出，使得强干扰信号与中频混合信号中干扰分量的幅度相同且无时差，干扰重构模块对调整幅度和时延后的中频强干扰信号进行加权处理，实现对中频混合信号中干扰分量的重构，扫描抵消单元使用中频混合信号减去加权后的中频强干扰信号得到输出信号，通过最小化目标函数不断降低加权后强干扰信号与混合信号中干扰分量的差异，最终消除混合信号中的干扰分量，提升混合信号的信干比，输出的抵消后信号即为较纯净的目标信号。

一体化信号处理单元由第一开关矩阵、中频处理模块、通信模块、感知模块和探测模块组成；第一开关矩阵根据任务要求选择频段进行输出，中频处理模块接收第一开关矩阵输出的信号和扫描抵消单元输出的抵消后信号，根据任务要求进行选择性输出，在中频信号处理之后，可根据任务实现无线通信、频谱感知和目标探测等功能，通信模块通过信号解调、译码、同步等处理后获得通信数据，感知模块可选择使用主接收通道的信号或扫描抵消接收通道的信号对信号频率、带宽等参数进行分析，并可调度宽频分段式抛物面天线和扫描抵消喇叭天线扫描周围电磁环境，控制扫描抵消喇叭天线扫描全空域信号，控制数字化切换模块扫描全频段信号，形成周边电磁环境频谱态势，探测模块对感兴趣目标辐射的信号进行分析处理，支持多路信号接收进行探测定位，最终得到目标方位等信息。

一体化信号处理单元的感知模块在对周边电磁环境态势的过程中，若发现干扰信号，可以引导系统开启干扰抵消，消除干扰对通信模块和探测模块的影响，为系统的正常业务工作提供链路基础。感知模块对周边电磁环境进行扫描后，可根据频谱态势辅助通信模块和探测模块工作，通信模块和探测模块可选择不受干扰的空闲频段开展工作，提升无线通信和目标探测的性能。感知模块和探测模块在业务开展过程中若发现业务性能受限，影响通信模块和探测模块的正常工作，可以激活感知模块进行周边电磁环境普查，排查周边影响通信模块和探测模块正常工作的异常信号，并针对性进行应对，消除异常信号对通信模块和探测模块的影响。总之，感知模块、通信模块、探测模块进行一体化设计，可以相互协同工作，共同提升系统的性能，完成复杂电磁干扰环境下目标信号的接收处理。一体化信号处理单元也既可以处理抵消后信号，也可处理中频混合信号，通过中频处理单元进行信号选通切换，当中频处理单元的输入切换到抵消后信号时，通信模块、感知模块和探测模块即处理抵消后信号，当中频处理单元的输入切换到中频混合信号时，通信模块、感知模块和探测模块即处理中频混合信号。对干扰抵消处理之前的中频混合信号进行识别分析，可作为抵消前后的性能对比，或者在无干扰情况下进行通信、感知或探测。

如图2所示，本发明的信号接收装置的具体任务实施步骤如下：

步骤1：获取信号接收任务。系统开机初始化后，首先获取中心下发的任务，根据任务要求，调整宽频分段式高增益抛物面天线的方位和俯仰角度，精准指向任务目标位置，第一开关矩阵和第二开关矩阵根据任务要求选择对应频段的中频混合信号，持续接收目标方向辐射的感兴趣频段信号。

步骤2：周边电磁环境感知。扫描抵消喇叭天线依靠自身灵活调整方位俯仰的特性，由感知模块设定扫描规则，快速对周围电磁空间环境进行全空域全频段频谱扫描。

步骤3：判断干扰是否存在。首先，通过宽频分段式高增益抛物面天线接收到的信号与扫描抵消喇叭天线接收到的信号进行比对，如果扫描抵消喇叭天线在不同方位俯仰的感兴趣频段发现与宽频分段式高增益抛物面天线接收到了不同的信号，则说明该频段存在干扰信号；或者如果宽频分段式高增益抛物面天线接收到的信号基本参数与情报先验信息不符，也说明该频段存在干扰信号，导致目标信号的分析结果出错；或者如果系统的通信模块和探测模块的正常性能受限导致无法工作，且系统内各模块排查后均正常，也说明存在外部异常干扰信号。如果扫描抵消喇叭天线与宽频分段式高增益抛物面天线接收到的信号相同，且抛物面天线接收到的信号基本参数与情报先验信息相符，说明周围不存在同频干扰信号，可直接选择主接收通道的信号进行分析处理。

步骤4：指向干扰方向。通过前述步骤已获得干扰信号的频段，然后通过扫描抵消喇叭天线和干扰感知模块对干扰信号进行辐射源定位，得到干扰源相对于系统的准确方位角度和俯仰值，通过控制伺服平台将喇叭天线指向并跟踪干扰源方向，以持续接收到强干扰信号。

步骤5：扫描抵消单元接收中频混合信号和中频强干扰信号。将宽频分段式高增益抛物面天线接收到的信号通过主接收通道的第一天伺馈子系统、第一低噪放1～N和第一下变频器1～N，对信号进行放大和下变频，得到中频混合信号；将扫描抵消喇叭天线接收到的强干扰信号通过扫描抵消接收通道的第二天伺馈子系统、第二低噪放和第二下变频器进行放大和下变频，得到中频强干扰信号，将中频混合信号和中频强干扰信号一起输入扫描抵消模块。通过第二开关矩阵选择目标信号频段，通过数字化信号切换模块控制第二下变频器选择干扰信号频段。

步骤6：信道估计。扫描抵消单元通过信道估计模块对中频强干扰信号进行参数估计，获得中频强干扰信号的频点、带宽、干扰类型等参数，并与中频混合信号的参数进行对比得到中频混合信号中的干扰分量与中频强干扰信号之间的幅度差值和时间差值。

步骤7：干扰抵消。根据幅度差值和时间差值调整中频强干扰信号的幅度和时延，使得中频强干扰信号与中频混合信号中的干扰分量的幅度相同且无时差。通过自适应算法建立干扰抵消模型，对调整后的中频强干扰信号进行加权处理，对干扰信号进行重构，使用混合信号减去加权处理后的中频强干扰信号，通过最小化目标函数，不断降低加权后中频强干扰信号与中频混合信号中干扰分量的差异，获得为纯净的目标信号。

步骤8：输出抵消后信号。经过扫描抵消单元处理后，将抵消处理后的信号输出到一体化信号处理单元。抵消后信号中含有的干扰分量占比相比抵消前的中频混合信号得到大幅降低，干扰抵消提高了混合信号的信干比。

步骤9：通信感知探测一体化处理。将抵消处理后的信号输入信号一体化信号处理单元，根据任务要求可进行通信、感知或探测等处理。通过信号解调、译码、同步等处理后获得通信数据，完成无线通信功能；对信号频率、带宽等参数进行分析得到周边电磁环境频谱态势，完成频谱感知功能；对感兴趣目标信号的信号进行分析处理，支持结合其他系统反馈的信息可进行多站定位，得到目标方位信息，完成目标探测功能；本系统可完成复杂电磁干扰环境下目标信号的接收处理。此外，该单元也可直接分析主接收通道信号，即对干扰抵消处理之前的信号进行识别分析，以便作为性能对比或者在无干扰情况下进行空间目标信号接收处理。

本发明提出了一种通感探一体化信号接收装置，可以实现无线通信、频谱感知和目标探测；感知模块可辅助系统进行干扰对消，降低干扰信号对通信模块和探测模块的影响；感知模块可得到频谱态势感知结果，为通信模块和探测模块的业务频段选择提供基础；通信模块和探测模块性能受限后可依靠感知模块排查异常信号并进行应对；感知模块、通信模块、探测模块可以相互协同工作，提升了信号接收装置的一体化能力。

本发明提出了一种通感探一体化信号接收装置的处理流程，首先对通感探不同任务接收信号统一进行频谱感知并生成周边环境频谱态势，基于干扰感知结果按需对感知、通信和探测任务调度干扰抵消模块，消除干扰信号对系统性能的影响，输出统一预处理信号。最后，系统根据任务的不同，通过调度加载不同的业务功能模块，在统一系统内实现通感探多功能一体化。

本发明提出了一种基于扫描抵消的抗干扰架构，在对周边电磁环境进行扫描感知的基础上，通过信道估计和干扰重构进行干扰抵消处理，提升了无线信号接收系统在复杂环境下对抗干扰的能力。本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。