[發明專利]一種高效時域寬帶波束形成電路及方法

有效

• 申請號: 201710151095.0
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN108574459B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 馬曉峰;張書瑞;盛衛星;郭明;韓玉兵;張仁李;崔杰
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H03D7/14
• 分類號: H03D7/14;H03H17/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

1.一種高效時域寬帶波束形成電路的工作方法，其特征在于，包括N個通道延時和均衡模塊、1個數據合成模塊以及1個數字低通濾波和通道均衡器系數計算模塊，所述N個通道延時和均衡模塊均與數據合成模塊相連，將處理后的數據傳輸給數據合成模塊，每個通道延時和均衡模塊均包括依次相連的可變整數/分數延時模塊、數字下變頻模塊、數字低通濾波和通道均衡一體化模塊，可變整數/分數延時模塊將延時后的數據傳輸給數字下變頻模塊，數字下變頻模塊將正交基帶數據傳輸給數字低通濾波和通道均衡一體化模塊，其中，數字下變頻模塊還將數據傳輸給數字低通濾波和通道均衡器系數計算模塊，數字低通濾波和通道均衡器系數計算模塊將計算出的濾波器系數傳輸給數字低通濾波和通道均衡一體化模塊；

所述方法包括三種工作模式，分別為：初始化模式、通道均衡模式和正常工作模式，其中初始化模式包括以下步驟：

步驟1、根據設定的延時精度和帶寬內延時誤差，確定Farrow濾波器的系數，置入可變整數/分數延時模塊的可變分數延時Farrow濾波器的固定系數；

步驟2、將數字低通濾波和通道均衡一體化模塊的可變FIR濾波器系數置為P階數字低通濾波器的系數；

步驟3、將可變整數/分數延時模塊的時鐘周期整數倍和分數倍延時置為0；

通道均衡模式包括以下執行步驟：

步驟A、數字低通濾波和通道均衡器系數計算模塊根據各通道數字下變頻模塊的輸出數據，采用頻域通道均衡方法計算各通道的均衡器幅相特性；

步驟B、數字低通濾波和通道均衡器系數計算模塊將步驟A得到的各通道均衡器幅相特性與理想的數字低通濾波器的幅相特性相乘得到各通道的聯合幅相特性，分別優化各通道的P階數字低通濾波器系數逼近各自的聯合幅相特性；

步驟C、將各通道數字低通濾波和通道均衡一體化模塊的可變系數FIR濾波器的系數置為相應的P階優化系數；

正常工作模式包括以下執行步驟：

步驟a、根據波束指向方向變化的要求計算各個通道延時值，折算成時鐘周期整數倍和分數倍延時，并實時調整；

步驟b、根據上述結果中的時鐘周期整數倍和分數倍延時結果實時設置各通道可變整數/分數延時模塊的時鐘周期整數倍和分數倍延時；

步驟c、整個電路各模塊采用并行流水結構工作，即數據先經過可變整數/分數延時模塊延時相應的時鐘周期；延時后的數據再進入數字下變頻模塊，變成基帶正交的I/Q數據；基帶正交的I/Q數據通過數字低通濾波和通道均衡一體化模塊，得到低數據率的寬帶波束形成數據；寬帶波束形成數據進入數據合成模塊，輸出波束。

2.根據權利要求1所述的高效時域寬帶波束形成電路的工作方法，其特征在于，所述可變整數/分數延時模塊包括依次相連的整數延時單元和分數延時單元，其中整數延時單元采用FIFO結構實現可變的時鐘周期整數倍延時，分數延時單元采用Farrow濾波器實現可變的時鐘周期分數倍延時。

3.根據權利要求1所述的高效時域寬帶波束形成電路的工作方法，其特征在于，所述數字低通濾波和通道均衡一體化模塊采用可變系數FIR濾波器，用于實現低通濾波抽取和通道均衡。

4.根據權利要求2所述的高效時域寬帶波束形成電路的工作方法，其特征在于，所述可變整數/分數延時模塊用于將各通道數據寫入各自的FIFO中緩存，通過控制FIFO結構輸出端讀取數據的時鐘周期延時量來實現可變的時鐘周期整數倍延時；該模塊根據延時精度和帶寬內的延時誤差要求，優化Farrow濾波器結構及其相關系數，使用過程中通過調整Farrow濾波器的分數延時參數來實現可變的時鐘周期分數倍延時。

5.根據權利要求1所述的高效時域寬帶波束形成電路的工作方法，其特征在于，數字下變頻模塊通過下述方式實現：當采樣頻率f_s和信號中心頻率f₀滿足f_s＝4f₀或者3f_s＝4f₀時，正交下變頻本振序列僅需要周期性的選取-1、0、1三個值，即對原始數據進行周期性地取原值、取零、取反的操作，即可實現數字下變頻功能。