[發(fā)明專利]數(shù)字多波束校正與合成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110337900.5
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113162670A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)強(qiáng);唐俊林;胡超;張青洪;馮震宇;楊旭;鄭博元
• 申請（專利權(quán)）人: 西南電子技術(shù)研究所(中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所)
• 主分類號: H04B7/08
• 分類號: H04B7/08
• 代理公司: 成飛(集團(tuán))公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

1.一種數(shù)字多波束校正與合成方法，其特征在于包括以下步驟：信號處理設(shè)備接收N元數(shù)字多波束DBF天線陣信號，接收的信號通過信道模塊經(jīng)射頻前端A/D轉(zhuǎn)換電路模數(shù)AD采樣，完成接收信道的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA數(shù)字下變頻、抽取濾波預(yù)處理，得到基帶IQ數(shù)據(jù)；基帶IQ數(shù)據(jù)為分兩步進(jìn)行處理，第一步在信號處理設(shè)備開電后或者一定周期內(nèi)分頻段計(jì)算多通道校正系數(shù)，基帶IQ數(shù)據(jù)在通用處理器控制下，F(xiàn)PGA完成變頻濾波、快速傅里葉變換、中心變換等處理后將數(shù)據(jù)傳輸至通用處理器，通用處理器選定參考通道并計(jì)算各通道與參考通道的幅度差、相位差，進(jìn)而獲取校正濾波器系數(shù)，供通道校正模塊使用；第二步對寬信號進(jìn)行數(shù)字多波束合成，首先通過校正濾波器組消除多路基帶IQ數(shù)據(jù)的幅相不一致，隨后通過合成器完成數(shù)字多波束合成，形成指向不同空域的多波束數(shù)據(jù)，供后端信號偵收設(shè)備使用或多波束測向處理。

2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字多波束校正與合成方法，其特征在于：在數(shù)字多波束校正與合成中，F(xiàn)PGA芯片接收AD₁、AD₂…AD_n共N路數(shù)字中頻數(shù)據(jù)，將每一路中頻信號輸入預(yù)處理模塊，在對應(yīng)的預(yù)處理模塊中完成數(shù)字下變頻、低通濾波，輸出N路零中頻基帶信號。

3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字多波束校正與合成方法，其特征在于：N路基帶數(shù)據(jù)后續(xù)的處理方式分為兩種模式，一種模式為標(biāo)校模式，即N路基帶數(shù)據(jù)進(jìn)入時頻變換模塊完成加窗處理、FFT計(jì)算和中心變換，最終計(jì)算出校正系數(shù)；另一種模式為波束合成模式，即N路基帶數(shù)據(jù)進(jìn)入校正濾波器模塊，校正濾波器模塊根據(jù)信號頻段加載對應(yīng)的校正濾波器系數(shù)，在每個校正濾波器模塊中完成對應(yīng)通道數(shù)據(jù)的幅度、相位校正，輸出幅相一致的多通道基帶數(shù)據(jù)。

4.如權(quán)利要求3所述的數(shù)字多波束校正與合成方法，其特征在于：通用處理器計(jì)算校正濾波器系數(shù)，將校正濾波器系數(shù)下發(fā)給N個校正濾波器模塊，接下來校正后的基帶數(shù)據(jù)進(jìn)入內(nèi)含M個合成濾波器的合成濾波器組模塊，每個合成濾波器模塊實(shí)現(xiàn)對多路基帶數(shù)據(jù)的加權(quán)求和，最終完成波束1、波束2…波束m的數(shù)字寬帶波束合成，輸出特定指向的波束數(shù)據(jù)。

5.如權(quán)利要求4所述的數(shù)字多波束校正與合成方法，其特征在于：每一個合成濾波器組模塊實(shí)現(xiàn)一個波束的加權(quán)，在FPGA實(shí)現(xiàn)中，或根據(jù)具體功能需求和資源情況設(shè)計(jì)適當(dāng)數(shù)量的合成波束濾波器組模塊。

6.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字多波束校正與合成方法，其特征在于：在寬帶標(biāo)校中，標(biāo)校源同時輸出兩路幅相一致的信號，分別進(jìn)入?yún)⒖纪ǖ篮痛Ｕǖ溃渲校瑓⒖纪ǖ李l率響應(yīng)為H₁(jω)，待校正通道頻率響為H₂(jω)，校正濾波器頻率響為C(jω)其中，j表示虛數(shù)單位，ω表示角頻率。

7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字多波束校正與合成方法，其特征在于：在原始失配情況下，參考通道頻率響應(yīng)H₁(jω)和待校正通道頻率響應(yīng)H₂(jω)并不一致，即H₁(jω)≠H₂(jω)，經(jīng)校正濾波器處理后，待校正通道頻率響應(yīng)由H₂(jω)變?yōu)镃(jω)H₂(jω)。

8.如權(quán)利要求7所述的數(shù)字多波束校正與合成方法，其特征在于：為使H₁(jω)＝C(jω)H₂(jω)，可通過如下公式計(jì)算校正濾波器頻率響C(jω)

9.如權(quán)利要求8所述的數(shù)字多波束校正與合成方法，其特征在于：校正濾波器系數(shù)與校正濾波器頻率響應(yīng)有如下關(guān)系

其中，j表示虛數(shù)單位，ω表示角頻率，M表示濾波器階數(shù)，h(l)表示第l個濾波系數(shù)，e為自然對數(shù)底，T為離散采樣時間。

10.如權(quán)利要求8或9所述的數(shù)字多波束校正與合成方法，其特征在于：校正濾波器頻率響應(yīng)的離散化形式可表達(dá)如下

其中，n為頻點(diǎn)，N為頻點(diǎn)總數(shù)。

根據(jù)校正濾波器系數(shù)與校正濾波器頻率響應(yīng)關(guān)系，校正濾波器頻率響應(yīng)的離散化形式可表達(dá)如下

根據(jù)矩陣運(yùn)算規(guī)則，上式可簡寫為C＝Ah，其中，

由于A為滿秩矩陣，上式最小二乘解為h＝(A^HA)^-1A^HC，其中，H為轉(zhuǎn)置運(yùn)算符號，A^H表示矩陣A的轉(zhuǎn)置。