有关干扰的相关知识总结

弹载干扰初探

背景

为了在大国博弈中掌握主动权，发展并掌握弹道导弹技术有着重要的战略意义。以美国导弹防御系统（如GBR、爱国者、萨德等）为代表的导弹防御系统的出现，给弹道导弹完成其使命任务带来巨大挑战胁。弹道导弹发挥其威力的前提是突破敌方导弹防御系统的拦截。弹道导弹突防的方法很多，有源电子干扰作为经济实用的方法越来越受到重视。导弹防御系统的核心是雷达，有源电子干扰正是通过干扰敌方导弹防御系统中的雷达，缩短其发现导弹的距离或者破坏其识别系统，使导弹防御系统来不及反应，从而使己方攻击弹头突防敌方导弹防御系统而攻击预定的目标。

弹道导弹突防方法

为了应对来自苏联反导拦截武器的挑战，1962年，在美国空军赞助下，林肯实验室开始研究弹道导弹突防对策的设计、开发、测试和评估工作， 并开展了高级弹道再入系统（Advanced Ballistic Missile Reentry Systems，ABRES）

项目的研究，该项目旨在检验美国各种突防措施的有效性。并通过MK11、MK12和MK500等多型弹头开展了相关的弹载干扰突防的试验。

典型弹载干扰机介绍

1、美国系统和处理公司的ADEP 800

ADEP-800是一种最先进的低成本飞行单元，具有模块化，平台或pod安装和高度可编程性。SPEC的ADEP可以精确数字生成RF信号、波形和图像，而不会产生传统DRFM中存在的典型伪像和不准确性。与基于传统DRFM架构的竞争系统不同，ADEP可以很容易地产生如精确表示的多重目标，扩展范围和SAR图像以及用于宽带啁啾和其他复杂波形的频率补偿多普勒等具有挑战性的数字效果。超宽瞬时带宽，低杂散信号和优异的增益平坦度都能实现多个复杂目标的高保真度生成，具有用于对抗多个同时威胁雷达的单独可编程延迟，多普勒，相位和幅度调制。

2、欧洲的低功率干扰机

这些干扰器产生与弹头的反射信号等功率的干扰噪声信号，使得雷达无法确定弹头是否存在。实现这个目标所需的电量非常小。干扰器可以很容易地产生数万个虚拟目标来掩盖弹头的存在或位置。每个干扰器可以是一英寸，重一磅，并由市售的电路和电源组成。

参数资料不详。

相关知识

1997年，宾夕法尼亚大学物理与天文学系对的教授Frankel撰写了题为《Defeating Theater Missile Defense Radars with Active Decoys》的文章，分析了有源诱饵对抗弹道导弹防御雷达的可能性。

浅析射频干扰对消

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。

其他见上一期。

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

交叉眼干扰浅析

根据前一期单脉冲雷达的知识可知，单脉冲雷达不再采用顺序波束而是同时多波束，因此从理论上讲振幅随时间的波动不会影响跟踪精度。另外，单脉冲雷达在受到噪声千扰时会切换至被动跟踪干扰源的模式（也称干扰源寻的，homing on jamming ,HOJ，这将在后面几期进行科普），在这种模式下雷达不再发射信号，而是转向被动侦察，在这种模式下同时多波束也能够实现对干扰源的精确跟踪。所以，单脉冲雷达对传统的干扰具有很强的抗干扰能力，因而对现代军事系统造成重大的威胁。交叉眼干扰能够重构出闪烁干扰产生最有效的角度偏差的情况，是针对单脉冲雷达有效的对抗技术之一。

1953年，Delano在一次会议上发表了第一篇关于闪烁干扰的文章“Theory of target glint or angular scintillation in radar tracking”. 尽管这篇文章广受争议，但对后来相关干扰技术的发展起到了非常大的推动作用。1958年Sperry Rand公司的Peter K. Shizume申请了第一个交叉眼的专利“ANGULAR DECEPTION COUNTERMEASURE SYSTEM”。当然，这个专利直到1978年才得以公开。

基本概念

交叉眼干扰是一种能够欺骗跟踪雷达的角度测量，使得其指向错误目标位置的干扰技术，主要应用于对末制导雷达进行自卫式干扰，对单脉冲体制的末制导雷达干扰效果更明显。交叉眼干扰还有其他叫法：双源干扰，相位波前畸变，弯曲的相位波前，人工闪烁，合成闪烁，相位波前变形，二点交叉眼，三点交叉眼等。交叉眼干扰可以理解为人为地重构对雷达产生最大角度误差的闪烁干扰，使用两个天线发射信号，理想情况下，在被干扰雷达的阵面处形成两个相位差为180度的信号。

交叉眼干扰机的结构如下图所示，位于右机翼的天线所接收到的信号被放大20-40dB并从左机翼的天线转发，同理，位于左机翼的天线所接收到的信号被放大并从右机翼的天线转发，但在该电路中存在180度的相移。为了使干扰更有效，这两个电缆通道必须保持180度的相位差（误差在1到2度）

跟踪的雷达(不管是单脉冲还是圆锥扫描雷达)，在进行目标跟踪时，总是要把它自己对准从目标反射回来的电磁波相位波前的法线方向。因为交叉眼干扰使用两个反相的干扰源，所以干涉现象所产生的相位波前畸变将使得单脉冲雷达的和响应小于差响应，即差-和方程的符号将改变。从而导致雷达将其跟踪角校正到远离目标而不是靠近目标。

基本模型

上图所示的交叉眼干扰可以抽象为电磁场里面的哑铃模型，因此可以得到两个幅度幅度相等而相位相反的干扰源形成的干涉图形如下图所示。由图可以看出，信号幅度在相位波前扭曲最大的地方取值最小。这是因为相位波前扭曲最大的方向即为两个散射源相位相差最大（180度）的方向，此时两个散射源的信号相位相反，在此方向上两个散射源发射的信号叠加时信号基本完全抵消，信号幅度趋于零。

更清晰的波前扭曲见下图。

由于相移信号和无相移信号同时到达单脉冲雷达，因此产生一个零点，从而迫使寻的器远离目标。

国外研究情况

意大利Elettronica公司从1988到2000年一直在持续开展“交叉眼干扰”的研究,并在舰载、机载等平台开展了试验研究，具体见下图。Elettronica公司认为机载平台的研究已经成熟，舰载的仍需做相关改进。

从Elettronica公司官网及相关网站可以得知交叉眼相关设备已经装备在台风和阵风等战斗机上。

下图为2000年，Elettronica公司资深专家Neri.F 等人在2000年老乌鸦协会会议上所做的关于交叉眼试验的报告题目。

Elettronica公司在交叉眼干扰技术研究的经验总结如下：

Elettronica公司的Nettuno-4100舰载干扰机具备交叉眼干扰的能力。

瑞典国防研究局也开展了大量的交叉眼的研究，据报道瑞典的战斗机也装备了相关设备。

此外，南非的Warrendu Plessi也一直在进行相关的研究工作，并开展了大量实验, 不过他的研究主要还是偏学术研究。

Warrendu Plessi在内场进行了大量测试，测试图片如下：

此外，Warrendu Plessi也进行了外场测试，干扰效果如下：

美国的研究情况报道的较少，但从相关专利和报告可以看出，诺格、ITT等公司一直在开展相关的研究。

另外，据报道，俄罗斯的部分战斗机也已经装备了相关设备。

交叉眼干扰在工程实践中存在的主要问题是难以获得相位和幅度的匹配以及进行快速开关切换，而数字射频存储技术和纳秒开关等技术的出现使得交叉眼干扰的工程应用成为可能。下图为一种基于纳秒开关的解决电缆长度匹配问题的方案：

当然交叉眼干扰同样存在一些缺点和不足，例如：交叉眼干扰信号在雷达阵面处趋向于完全抵消，则需要干扰信号发射端具有高增益和高功率；布置成稳定的交叉眼干扰特别是需要调制变化的情况，系统内的相位和幅度匹配是其中难点和挑战；交叉眼干扰系统需要对信号进行收发，其中收发隔离问题也是其中的难点。

因此，在此借用网友“流星”对交叉眼干扰的评论：理论很性感，实现很骨感。

交叉眼干扰的使用考虑(付孝龙《交叉眼干扰分析及实施方法 》)：

如果交叉眼干扰在实施刚开始时就使欺骗角度保持在要求的状态，那么此时干扰信号功率会比较小，不能够很好的掩盖目标回波，捕获雷达的波门，因此在交叉眼干扰实施刚开始时应该让功率因素占优，这样可以容易掩盖目标捕获雷达的波门，然后才是稳定因素占优，有规律的将交叉眼干扰的状态调整到要求的状态。由于交叉眼干扰处理的威胁信号可能是多个信号，而且它们之间往往是不同频率的，所以进行移相操作时比较困难，需要一定的计算和调整时间，如果在使用时经常调整相位差，那么干扰的稳定性和有效性将无法保证，因此不易经常进行调整。从交叉眼干扰的分析中得出，相位差保持在180度时可以通过调整振幅比达到交叉眼干扰的任何状态，相位差保持在180度时其波动范围最大，而且调整信号的功率更加容易也更加迅速。

所以，交叉眼干扰在运用时的合理方法应该是一种功率“拖引”方法，首先是只使用一路天线转发高功率180度移相的干扰信号，此时高功率信号捕获雷达波门，然后按照一定的方式增大另一路信号的功率，并不对这一路信号做移相操作，直至将功率增加到交叉眼干扰所需要的状态，也就是欺骗角度的容限中心。如果同时配合距离和速度波门拖引，那么雷达将会被逼真的从真目标位置上诱骗到一个假目标的位置上，也可以通过这样的方式来释放多假目标干扰。

审核编辑：汤梓红