一种稀疏阵通信干扰装置

技术领域

本发明涉及电子工程技术领域，具体涉及一种稀疏阵通信干扰装置。

背景技术

无线电通信干扰面临的主要问题，一是干扰覆盖频率范围，二是干扰作用距离。为了解决频率覆盖范围，传统的技术方案是采用宽频带干扰或分段干扰以及扫频干扰的办法；解决干扰作用距离的办法一般采用加大干扰机发射功率或者增加天线增益。若要同时兼顾远距离又要进行多方向通信信号干扰时，传统的干扰模式很难解决问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种稀疏阵通信干扰装置，干扰信号源为DDS直接数字信号产生器，配合天线信号侦察设备精准指向通信信号频率，同时运用多节点、8单元离散天线、稀疏（或稀布）组阵技术，可分别以不同频率单独进行分路干扰，又可对8路天线进行组合形成阵面，运用相控阵技术的稀疏阵算法，以合成波束指向较远通信信号发射方向，取得较好的干扰效果。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

本发明为一种稀疏阵通信干扰装置，所述干扰装置包含干扰侦测和分析单元、干扰信号产生器、阵列控制单元、干扰信号输出组件以及稀疏天线阵；

其中，干扰侦测和分析单元用于对通信信号的频率、调制方式和信号方位进行实时监测并向主控计算机提供情报；所述主控计算机根据情报，控制干扰信号产生器输出对应干扰信号；

所述稀疏天线阵采用8路宽带盘锥天线、垂直线极化方式，根据干扰覆盖的要求选择不同波束宽度的宽带盘锥天线，并且，8路天线参数相同，输出电缆等长等相位。

进一步的，所述稀疏天线阵的每一部天线对应一个干扰信号输出组件；单个稀疏天线能够完成独立干扰任务，或者在主控计算机控制下进行稀疏布阵；所述稀疏天线阵为线阵稀疏阵或者矩阵稀疏阵。

进一步的，所述干扰信号输出组件包含衰减器、移相器、宽带功率放大器，所述干扰信号输出组件的输入的干扰信号在计算机控制下由衰减器根据合成波束加权法则进行幅度衰减，经移相器按稀疏阵算法得出的稀疏天线阵中每个阵元相位值进行移相，移相后的射频信号在宽带功放中得到幅度放大，由阵元对应天线向空中辐射；8路干扰输入信号的幅相一致。

进一步的，所述移相器采用铁氧体移相器，移相器工作频率：100～500MHz，移相步进为5°@500MHz，移相位数：6bit，移相范围：0°～360°@500MHz，移相精度：±3.5°，插入损耗：2.5dB，驻波比：1.6。

进一步的，所述稀疏阵列天线通过遗传算法、粒子群算法、差分进化算法、蚁群算法和迭代傅里叶算法或者前述算法的混合算法实现优化。

进一步的，所述干扰信号产生器包含DDS直接数字产生电路和DAC，根据主控计算机指令直接产生并输出干扰频率信号，由DAC变换成模拟信号供干扰信号输出电路放大输出。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的稀疏阵通信干扰装置是一种8通道的稀疏阵通信干扰装置，针对通信信号的源头多频点、多方位、距离差异大等特点，采用DDS干扰源可进行高速扫频干扰，配合信号侦测设备可精确输出同频干扰信号，有效解决频率覆盖范围问题；采用8路多节点干扰功率输出，可分频段对不同通信信号进行阻塞干扰；采用离散8路辐射天线，既可单独输出干扰信号，又可以稀疏阵（或稀布阵）形式合成波束，以相控阵扫描方式对大方位范围进行扫描或指向输出，对远距离信号（包括雷达）进行有效干扰覆盖。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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

据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的8通道稀疏阵通信干扰装置组成框图；

图2a是本发明实施例提供的盘锥通信天线图；

图2b是本发明实施例提供的盘锥通信天线极坐标方向图；

图3是本发明实施例提供的线阵稀疏阵布设示意图；

图4是本发明实施例提供的8通道小功率分布式稀疏阵干扰示意图；

图5是本发明实施例提供的干扰信号输出组件组成框图；

图6是本发明实施例提供的干扰信号产生器组成框图；

图7是本发明实施例提供的8阵元稀疏阵合成波束仿真效果图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的叙述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，基于本发明中，本领域中普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明为一种稀疏阵通信干扰装置，所述干扰装置包含干扰侦测和分析单元、干扰信号产生器、阵列控制单元、干扰信号输出组件以及稀疏天线阵；

其中，分析单元用于对通信信号的频率、调制方式和信号方位进行实时监测并向主控计算机提供情报；所述主控计算机根据情报，控制干扰信号产生器输出对应干扰信号；

所述稀疏天线阵采用8路宽带盘锥天线、垂直线极化方式，根据干扰覆盖的要求选择不同波束宽度的宽带盘锥天线，并且，8路天线参数相同，输出电缆等长等相位。

实施例1

本实施例以8通道的稀疏阵通信干扰装置为例进行说明，如图1所示，所述干扰装置包含干扰侦测和分析单元、干扰信号产生器、阵列控制单元、干扰信号输出组件以及稀疏天线阵；

其中，分析单元用于对通信信号的频率、调制方式和信号方位进行实时监测并向主控计算机提供情报；所述主控计算机根据情报控制干扰信号产生器输出对应干扰信号；

所述稀疏天线阵采用8路宽带盘锥天线、垂直线极化方式，根据干扰覆盖的要求选择不同波束宽度的宽带盘锥天线，并且，8路天线参数相同，输出电缆等长等相位。

本发明采用8路宽带盘锥天线、垂直线极化方式。宽带盘锥天线具有频率范围大、增益相对较大、波束指向性好等特点。同时，宽带盘锥天线可以小型化便于安装，移动灵活是构建稀疏阵列的有利条件。如图2a和图2b所示。盘锥天线频率范围100MHz-1000MHz; 额定功率：150W;增益：≥5dBi极化方式：垂直极化.根据干扰覆盖的要求，可选择不同波束宽度的宽带盘锥天线，但必须是8路天线参数具有较高的一致性，输出电缆必须等长等相位，以便主控计算机稀疏阵布设计算控制趋于准确。天线阵的每一部天线对应干扰信号输出组件。辐射天线可单独工作完成独立干扰任务，亦可在主控计算机控制下进行稀疏布阵。天线装有高度定位传感装置，可灵活组成线阵稀疏阵，也可以高低配置组成矩阵稀疏阵。本发明为推广稀疏阵通信信号干扰技术，因此，设置8通道稀疏阵系统，以线阵稀疏阵或2行2列矩阵稀疏阵为例。如图3、图4所示。

干扰信号输出组件由衰减器、移相器、宽带功率放大器等组成。如图5所示。由于目前无线通信频率大多集中在100MHz-500MHz之间，本发明干扰信号输出组件的工作带宽亦为此频段。组件由衰减器、移相器、宽带功放等组成。输出信号峰值功率大于37dBm(约5W）。干扰信号输出电路均为模拟信号，因此相位控制部分采用铁氧体移相器，移相器工作频率：100～500MHz，移相步进：5°@500MHz，移相位数：6bit；移相范围：0°～360°@500MHz；移相精度：±3.5°；插入损耗：2.5dB；驻波比：1.6；输入功率：Pp=10dBm，Pcw=0dBm；工作电压：+5V/300mA，-5V/300mA，控制电平：6位TTL电平。由干扰信号产生器输入的干扰信号在计算机控制下由衰减器进行幅度衰减，确保信号在允许范围内，经移相器按稀疏阵算法得出的阵元相位值进行移相，移相后的射频信号在宽带功放中得到幅度放大，由阵元对应天线向空中辐射。8路干扰输入信号必须保持幅相一致，这样才能是输出电路的输出信号达到稀疏阵各阵元波束空间合成符合技术要求的幅度和相位。

当各阵元单独实施干扰时，可根据主控计算机提供的指令和干扰信号发生器送来的信号进行不同频率的通信干扰。当集中稀疏阵面合成干扰时，8路或多路信号必须为同一频率，以便进行波束合成和相控阵波束扫描。

干扰侦测和干扰分析系统。干扰侦测和分析主要实施对通信信号的频率、调制方式和信号方位进行实时监测并向主控计算机提供情报。主控计算机根据情报控制干扰信号产生器输出对应干扰信号。能进行实时频谱监测，且可通过主控计算机依据频谱侦测自动引导干扰，监测频率范围覆盖100-600MHZ，实时监测频谱带宽：50MHZ；接收灵敏度：优于-90dBm。

干扰信号产生器中干扰信号由DDS直接数字产生电路和DAC组成，根据主控计算机指令直接产生并输出干扰频率信号，由DAC变换成模拟信号供干扰信号输出电路放大输出。

如图6所示。干扰信号产生器在主控计算机指令下，有MCU控制DDS产生相应频率的数字干扰信号，DAC将其变换成模拟信号交由功放初步放大并输出。干扰信号将在功分器中平均分配至8路（或N路）供干扰输出组件放大输出。

干扰分析和稀疏阵优化控制，本发明运用雷达稀疏阵原理，优化天线阵阵元，使最少的阵元获得较大口径天线的增益和波束指向。干扰分析基于干扰侦测的成熟技术获得通信信号的频率、大致方向等信息，为干扰信号产生器在主控计算机引导下实施干扰。

稀疏阵天线是目前比较流行的经济实用形式。在同一天线阵中，阵元间距相同情况下，抽取部分阵元并不影响天线阵的增益和合成波束指向，而且副瓣电平可能会更低，得到经济实惠的效果。如果以阵元间距不等形式抽取部分阵元构成新的天线阵，即稀布阵，其运用比较广泛。稀疏阵、稀布阵天线如何布设阵元，在稀疏率限制情况下，主控计算机软件系统应进行优化，以获得最佳稀疏阵列。稀疏阵优化算法比较多，针对工程需求可选择相应的算法。根据阵元数、阵元间距及波束指向偏移的不同，应在保证设备性能为当前约束条件下的理论最优结果（部分指标应给出理论验证公式），主波束方向阵列合成增益尽可能高，峰值副瓣电平尽可能低；同时，主波束宽度尽可能宽。考虑典型应用条件下，期望能达到的指标。

稀疏相控阵天线是指从规则排布的均匀相控阵中按照一定的比例剔除掉部分阵元 ,或者将这些阵元连接到匹配负载上，这样既可以减少阵列天线成本和重量，还可以获得与满阵排布相当的窄波束。当阵元均匀激励时，稀疏阵列天线可以获得比满阵布置更低的副瓣电平。

针对稀疏阵列天线优化设计的问题，已经出现多种综合方法，如密度加权法、动态规划法和分数阶勒让德变换法等。随着计算机技术的发展，高效的全局优化随机优化算法已成研究热点，有遗传算法、粒子群算法、差分进化算法、蚁群算法和迭代傅里叶算法等各种优化算法的混合算法。由于稀疏阵列的设计是一个 0-1规划问题，在这些文献中大多采用二进制编码，其中“0”冶和“1”冶分别代表相应的栅格位置上是否放置天线阵元。二进制编码的方式虽然直观,但是在优化过程中阵列的稀疏率容易遭到破坏，对于有稀疏率约束的稀疏阵列优化，只有蚁群算法和迭代傅里叶算法可以精确地控制处于开始状态的阵元，其他的随机进化算法个体的稀疏率在每次操作中是变化的,只有极少数满足约束，从而产生大量不可行解,这严重地影响算法的搜索性能。

无线干扰是针对通信接收通道采取的阻塞干扰形式，为信号开环链路，其指向性精度要求不很高，无论线阵稀疏阵还是矩阵稀疏阵，在一定干扰功率下，均可取得较好的干扰效果。本发明在干扰输出组件中设置衰减器和移相器，在满足稀疏优化条件后，可以相控阵形式在一定范围内实施波束扫描，其覆盖范围将会进一步扩大。本发明对100MHz-500MHz频率范围内的天线信号，以线阵为例进行相控阵扫描干扰。本发明以稀疏阵采用的遗传算法为例，对盘锥天线组成稀疏阵布局（如图3所示），仿真后的合成波束如图7所示。相控阵扫描的相位控制算法与一般波束指向算法相同.

采用矩阵稀疏阵等其它阵型均可参考此办法。本发明的8阵元天线均可单独输出干扰信号，必要时组阵合成同波束，工作方式灵活，运用范围广。同时对多阵元干扰稀疏阵的组成提供了方法。

显然，本领域的技术人员应该明白，本发明上述的方法步骤可以用通用计算装置来实现，所用到工具不仅限于本发明所提供，其他相关工具同样可以实现本发明步骤。尽管在之前已经描述了本发明的实施例，仅用于说明本发明的技术方案和主要特征，但是并不用于限制本发明，本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的原则之内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，轻易想到的变化或替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。