[發(fā)明專(zhuān)利]基于數(shù)字延時(shí)和相位補(bǔ)償?shù)陌l(fā)射數(shù)字波束形成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510632992.4
• 申請(qǐng)日: 2015-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105204004B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣德富;付偉;蘇宇;錢(qián)榮;沈明威;魏爽
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S7/02
• 分類(lèi)號(hào): G01S7/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字延時(shí)和相位補(bǔ)償?shù)陌l(fā)射數(shù)字波束形成方法，屬于陣列信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

相控陣?yán)走_(dá)能夠完成目標(biāo)搜索、跟蹤、制導(dǎo)等多種任務(wù)，因而在多目標(biāo)彈道測(cè)量、防空警戒、多目標(biāo)跟蹤制導(dǎo)武器系統(tǒng)等領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用。大空域、多目標(biāo)、抗干擾等需求，促使雷達(dá)向數(shù)字化方向發(fā)展，數(shù)字陣列雷達(dá)是未來(lái)相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)發(fā)展的方向。對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像和識(shí)別的要求，促使雷達(dá)采用寬帶高分辨的信號(hào)波形。現(xiàn)有的窄帶信號(hào)的數(shù)字陣列通過(guò)基于DDS的數(shù)字移相方法進(jìn)行數(shù)字波束形成的控制，但是發(fā)射寬帶信號(hào)的數(shù)字陣列，由于存在孔徑渡越時(shí)間，僅通過(guò)相位控制不能有效地形成波束，進(jìn)行波束指向的控制。為了解決數(shù)字陣列窄帶、寬帶信號(hào)的數(shù)字波束形成的控制問(wèn)題，需要對(duì)陣列天線單元信號(hào)進(jìn)行數(shù)字延時(shí)和相位控制，因此，需要解決單元級(jí)信號(hào)數(shù)字產(chǎn)生方法、窄帶信號(hào)數(shù)字相位控制、寬帶信號(hào)數(shù)字延時(shí)控制和相位補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的寬帶陣列天線單元間信號(hào)延時(shí)采用模擬延時(shí)線的方法，即利用K位狀態(tài)的模擬延時(shí)線，控制單元間的信號(hào)延時(shí)，如5位模擬延時(shí)線，最小延時(shí)1個(gè)波長(zhǎng)，最大延時(shí)32個(gè)波長(zhǎng)，模擬延時(shí)線損耗大、體積大、不穩(wěn)定，因此，不能用于數(shù)字陣列的數(shù)字波束形成的控制。數(shù)字延時(shí)可以采用模擬延時(shí)線的思路，即采用K個(gè)狀態(tài)位的數(shù)字延時(shí)線，最小延時(shí)一個(gè)波長(zhǎng)，最大延時(shí)2^K個(gè)波長(zhǎng)，這是國(guó)內(nèi)研究單位主要考慮的方法。我們知道數(shù)字延時(shí)線最小延時(shí)量以及延時(shí)的精度影響相位的一致性，若延時(shí)精度為δτ，則中間頻率相位誤差為：

其中，T為信號(hào)周期。例如，T＝170ps，±7°的相位誤差，要求的延時(shí)精度為3.3ps。寬帶工作時(shí)，按中心頻率計(jì)算延時(shí)和相位，邊頻相位誤差為：

ΔP＝360°×δf×δτ

式中，δf為邊頻與中心頻率之間的頻率差，τ為控制的延時(shí)量。因此，數(shù)字延時(shí)線的精度，影響陣列中信號(hào)邊頻的相位誤差，延時(shí)越準(zhǔn)確，相位誤差越小。采用K個(gè)狀態(tài)位的數(shù)字延時(shí)線存在下列幾點(diǎn)不足：

a.延時(shí)的分辨率(最小延時(shí)量)不能滿(mǎn)足波束控制的相位精度要求，需要同時(shí)進(jìn)行延時(shí)和相位控制；

b.有限的延時(shí)分辨率，產(chǎn)生的寬帶信號(hào)邊頻相位誤差，惡化寬帶波束的旁瓣性能。

近幾年國(guó)際上連續(xù)可調(diào)數(shù)字延時(shí)線的研究取得了很大進(jìn)展，提出了很多理論和設(shè)計(jì)方法，主要用于通信調(diào)制解調(diào)器、語(yǔ)音合成等領(lǐng)域，信號(hào)采樣率相對(duì)較低，都沒(méi)有考慮多相設(shè)計(jì)的方法。雷達(dá)寬帶信號(hào)的數(shù)字直接合成，數(shù)據(jù)率較高，已經(jīng)超出數(shù)字電路(如FPGA)的時(shí)鐘速度，需采用多相合成方法。因此，設(shè)計(jì)多相的連續(xù)可調(diào)數(shù)字延時(shí)濾波器，用于雷達(dá)寬帶信號(hào)發(fā)射數(shù)字波束形成的控制，成為寬帶信號(hào)發(fā)射數(shù)字波束形成的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于數(shù)字延時(shí)和相位補(bǔ)償?shù)陌l(fā)射數(shù)字波束形成方法，其核心技術(shù)在于多個(gè)DDS組合產(chǎn)生窄帶信號(hào)和寬帶信號(hào)，利用相位控制和連續(xù)可變的數(shù)字延時(shí)，實(shí)現(xiàn)窄帶信號(hào)、寬帶信號(hào)的發(fā)射波束形成。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于數(shù)字延時(shí)和相位補(bǔ)償?shù)陌l(fā)射數(shù)字波束形成方法，包括以下具體步驟：

步驟1、設(shè)計(jì)第一DDS，產(chǎn)生第一中頻信號(hào)，第一中頻信號(hào)為單載頻信號(hào)或窄帶線性調(diào)頻信號(hào)，具體包括：

(1a)根據(jù)數(shù)字陣列雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)，在FPGA中利用雙累加器產(chǎn)生第一中頻信號(hào)的相位，并計(jì)算補(bǔ)償頻率和補(bǔ)償相位；

(1b)利用CORDIC算法對(duì)第一中頻信號(hào)的相位進(jìn)行相位幅度轉(zhuǎn)換，輸出得到數(shù)字化第一中頻信號(hào)；

(1c)將數(shù)字化第一中頻信號(hào)經(jīng)第一D/A器件進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出得到模擬化第一中頻信號(hào)；

步驟2、設(shè)計(jì)第二DDS，產(chǎn)生第二中頻信號(hào)，第二中頻信號(hào)為單載頻信號(hào)或?qū)拵FM信號(hào)，具體包括：

(2a)第二中頻信號(hào)的數(shù)字基帶信號(hào)分成兩相，即為0相信號(hào)和1相信號(hào)；

(2b)在FPGA中利用雙累加器分別產(chǎn)生0相信號(hào)的相位和1相信號(hào)的相位；

(2c)利用CORDIC算法，對(duì)0相信號(hào)的相位和1相信號(hào)的相位進(jìn)行相位幅度轉(zhuǎn)換，輸出得到第二中頻信號(hào)的數(shù)字基帶信號(hào)；

(2d)對(duì)第二中頻信號(hào)的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行插值，并將插值結(jié)果送數(shù)字延時(shí)濾波器進(jìn)行濾波；

(2e)數(shù)字延時(shí)濾波器的輸出送入數(shù)字上變頻模塊，取數(shù)字上變頻模塊輸出的實(shí)部，再送入第二D/A器件進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出得到模擬化第二中頻信號(hào)；

步驟3、設(shè)計(jì)步驟(2d)所述的數(shù)字延時(shí)濾波器，數(shù)字延時(shí)濾波器包括分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器和整數(shù)延時(shí)濾波器，具體為：