基于子阵时延的数字阵列宽带波束形成

数字阵列雷迭是雷达发展的重要方向之一。在宽带信号下,由于孔径效应影响,传统的波束形成方法会导致天线波束指向不准和主辩展宽,为此需要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元。文中以均匀线阵为模型,分析了瞬时带宽理论,并引入了分数时延滤波器的时延方法,实现数字阵列收发传输时延的精确补偿。仿真结果表明：在线阵中,对每个子阵采用分数时延滤波器进行数字波束形成,有效地解决了宽带信号波束图指向偏移,主瓣展宽的问题。     

基于分数时延的宽带数字阵列波束形成

对于宽带数字阵列雷达,传统的波束形成方法会导致天线波束扫描不准和主瓣展宽,为此需要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元。为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,引入分数时延滤波器。通过对一种分数时延滤波器设计方法及宽带数字阵波束形成原理的分析,提出针对有载波宽带雷达信号的接收波束形成实现结构。仿真结果表明了该方法的有效性,与传统波束形成方法相比,其性能与理想延时更接近。     

宽带数字波束形成雷达的高精度延时补偿新方法

采用宽带信号的相控阵雷达可获得很高的距离分辨率,将广泛用于下一代多功能雷达系统中。传统窄带相控阵体制很难解决宽带相控阵雷达的空间色散和孔径渡越问题,尤其在宽带相控阵雷达做宽角扫描时,必须在阵元或子阵间使用精确的时延补偿。文中提出了一种实现高精度宽带相控阵延时补偿的新方法。该方法采用一种有效的可变分数延时滤波器新结构,即泰勒结构。该结构相对于传统的Farrow结构的主要优点是减少了乘法器和加法器的数量,降低了可变延时滤波器系数的计算难度。试验证明,新的方法能实现精确的宽带波束扫描,可应用于接收和发射数字波束形成的工程实现。     

基于全通型分数时延滤波器的数字阵列宽带波束形成

对于宽带数字阵列雷达,由于孔径效应和孔径渡越时间影响,传统的窄带波束形成方法会导致天线波束指向不准和主瓣展宽,为此需要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元。为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,可以引入分数时延滤波器。采用最小二乘法设计全通型分数时延滤波器,与群延迟最大平坦法相比较,该法灵活性更高,通过MATLAB仿真进一步验证了所设计滤波器的有效性和正确性。     

基于Farrow滤波器的宽带数字波束形成技术研究及实现

为获得更高的分辨率,以满足目标识别或精确定位的需要,雷达往往采用宽带信号。对于宽带数字阵列雷达,相同的时延不同的频率会带来相移的不同,窄带波束形成通过相位补偿达到补偿时延的方法会导致宽带波束方向图畸变。为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,引入分数时延滤波器。并给出了一种基于Farrow滤波器的宽带数字波束形成系统设计方法。     

数字相控阵雷达步进频合成宽带宽角扫描研究

数字相控阵雷达宽带宽角扫描存在波束指向偏差和孔径渡越问题,导致信噪比降低,脉压主瓣展宽,距离分辨率下降.频率步进信号在各脉冲周期内都是窄带信号,是常用的合成宽带信号,可以在获得距离高分辨率的同时降低对雷达瞬时带度的要求,从而降低了对雷达系统的要求.将步进频合成宽带技术应用到数字相控阵雷达,采用子脉冲移频移相方法可以消除波束指向偏差和孔径渡越影响,实现数字相控阵雷达宽带宽角扫描.并通过仿真计算,给出一些对工程实现有用的结论.     

频率步进相控阵雷达原理与实现方案的研究

宽带相控阵雷达是当前雷达技术的发展方向之一;瞬时宽带相控阵雷达的带宽受孔径渡越时间的限制,会造成雷达波束指向的变化。由于频率步进信号是一种瞬时窄带、合成宽带的雷达信号,可以通过脉间配相的改变解决孔径渡越时间、波束指向变化等问题。文中提出了频率步进宽带相控阵雷达的基本原理,并给出了几种频率步进相控阵雷达的实现方案。     

超宽带雷达自组网的数字波束扫描研究与实现

概要介绍超宽带雷达自组网方式特点及布站方式,重点分析了超宽带信号时延控制形成波束扫描的实现方法,从而解决阵列延时带来的旁瓣以及低增益的问题。与传统相控阵雷达不同的是不再利用移相器,而是估计出各个阵列的时延并通过整数延迟线和FIR分数滤波器进行精确时延补偿,仿真结果表明,该方式波束方向指向性能好,没有旁瓣。     

宽带相控阵子阵划分及自适应干扰对消技术

针对宽带相控阵雷达中的关键技术如子阵划分、数字波束形成以及宽带自适应干扰对消等展开研究,给出了宽带阵列划分的准则和方法并以线性调频信号为例提出了一种数字波束形成方法和宽带自适应干扰对消算法。该方法应用数字时变相位补偿方法代替传统的时间延时单元形成主波束,降低了系统的复杂度并提高了波束形成的性能。基于拉伸处理的宽带自适应干扰对消算法对宽带旁瓣干扰和主瓣干扰都有较好的抑制作用,在强的宽带干扰下仍然可以很好地对目标进行高分辨成像。     

基于Farrow结构的宽带信号分数延时滤波器的FPGA设计与测试

对于多通道宽带信号的数字波束形成(DBF),传统的相位控制方法会导致波束的指向偏移及扫描不准,需要使用真实时间延迟线(TTD)来代替传统的移相器。相比模拟延迟线,在数字域上实现延时补偿具有成本低、精度高、实现简单、稳定性好等众多优点。而基于Farrow结构的分数延时滤波器结构简单、延时变化灵活快捷,且易于构建宽带信号的分数延时滤波器。在FPGA系统中实现宽带信号的分数延时,并对其延时性能的测试可为将来宽带信号的DBF工程应用提供技术基础。     

基于CIC 内插时延的宽带数字阵列波束形成

针对宽带数字阵列采用传统窄带波束形成方法导致的方向图指向偏移、主瓣畸变问题,提出了一种基CIC内插的时延补偿方法。该方法不仅通过内插的方式实现宽带数字阵各个阵元时延的精确补偿,而且所需的乘法运算次数不随数字阵列合成波束数的增加而增加。仿真结果表明:该方法应用于宽带数字阵列多波束形成时,处理性能与基于分数时延滤波方法相当,但需要的乘法运算次数明显少于后者,因此具有很好的工程实现价值。     

Radar wideband digital beamforming based on time delay and phase compensation

In conventional phased array radars, analogue time delay devices and phase shifters have been used for wideband beamforming. These methods suffer from insertion losses, gain mismatches and delay variations, and they occupy a large chip area. To solve these problems, a compact architecture of digital array antennas based on subarrays was considered. In this study, the receiving beam patterns of wideband linear frequency modulation (LFM) signals were constructed by applying analogue stretch processing via mixing with delayed reference signals at the subarray level. Subsequently, narrowband digital time delaying and phase compensation of the tone signals were implemented with reduced arithmetic complexity. Due to the differences in amplitudes, phases and time delays between channels, severe performance degradation of the beam patterns occurred without corrections. To achieve good beamforming performance, array calibration was performed in each channel to adjust the amplitude, frequency and phase of the tone signal. Using a field-programmable gate array, wideband LFM signals and finite impulse response filters with continuously adjustable time delays were implemented in a polyphase structure. Simulations and experiments verified the feasibility and effectiveness of the proposed digital beamformer.     

数字阵列雷达抗多个主副瓣干扰方法的性能比较

当今电子战中,常使用组合干扰战术,同时抗多个主副瓣干扰成为雷达系统面临的巨大挑战。矩形相控阵可以合成四个通道波束,并利用差波束对消和波束内的一个主瓣干扰,保持对目标的探测性能和测角精度。全数字化的相控阵可采用行列自适应波束合成,充分利用数字阵的自由度,同时抑制多个主副瓣干扰,提升了雷达同时抗干扰的能力。为进一步提高雷达的抗干扰和目标探测性能,文中提出一种新的两级架构,首先采用高增益的辅助窄波束消除主瓣干扰;然后,自适应合成和差波束并做单脉冲测角。该方法将干扰对目标探测性能的影响降到了最小。     

基于子带SDL的宽带自适应波束形成

针对宽带波束形成通常需要大量阵元或延迟线所带来的硬件开销较大,波束形成效率相对较低的问题,提出一种基于子带阵元延迟线（SDL）的宽带自适应波束形成算法。该算法首先建立子带SDL模型,然后利用分析滤波器组将阵元接收的宽带信号分解为子带信号并进行相应的子带线性约束最小方差（LCMV）波束形成,最后通过综合滤波器组得到全带的波束形成。仿真结果表明,子带波束形成不仅具有比全带波束形成更高的效率,更好的频率不变性,更强的抗干扰能力及更快的收敛速度,而且可以大大降低硬件开销。      

宽带干扰自适应旁瓣相消的方法研究

依据自适应旁瓣相消原理,着重分析了宽带干扰信号对旁瓣相消性能的影响,针对宽带干扰影响下,主辅天线间的波程差、主辅天线通道频率特性的不一致性以及主天线旁瓣的频率敏感特性等引起的自适应旁瓣相消系统的主辅天线2通道信号的去相关作用,采用了主天线通道均衡和子带自适应相消2种方法改善带宽特性,并通过MATLAB仿真验证,仿真结果表明该两种方法均可明显改善系统的相消性能,达到良好效果。     

基于匹配处理的相控阵数字波束形成方法

在大孔径宽扫描角相控阵情况下,利用窄带相控阵不能形成宽带高分辨信号,提出一种基于匹配处理的宽带宽角相控阵数字波束形成方法。该方法采用时域数字处理,将宽带信号经匹配处理后变换到数字域,在窄带条件下进行数字波束形成。理论分析和仿真结果验证了其有效性。与实时延迟线波束形成方法和频域DFT波束形成方法相比,基于匹配处理的相控阵波束形成方法既不需要延时器和移相器,也不需要高速A／D转换器和高速数字信号处理,所需设备量少,易于工程实现。     

A delayless subband adaptive filter architecture

Some adaptive signal processing applications, such as wideband active noise control and acoustic echo cancellation, involve adaptive filters with hundreds of taps. The computational burden associated with these long adaptive filters precludes their use for many low-cost applications. In addition, adaptive filters with many taps may also suffer from slow convergence, especially if the reference signal spectrum has a large dynamic range. Subband techniques have been previously developed for adaptive filters to solve these problems. However, the conventional approach is ruled out for many applications because delay is introduced into the signal path. The paper presents a new type of subband adaptive filter architecture in which the adaptive weights are computed in subbands, but collectively transformed into an equivalent set of wideband filter coefficients. In this manner, signal path delay is avoided while retaining the computational and convergence speed advantages of subband processing. An additional benefit accrues through a significant reduction of aliasing effects. An example of the general technique is presented for a 32-subband design using a polyphase FFT implementation. For this example, the number of multiplies required are only about one-third that of a conventional full band design with zero delay, and only slightly greater than that of a conventional subband design with 16 ms delay     

基于子带滤波器组的宽带自适应天线旁瓣相消技术

文[6]提出在数字移动通信中子带滤波器组处理可以提高不同阵元信号的相关性,从而能改善自适应阵列抑制码间干扰(ISI)和共信道干扰(CCI)的能力.在文[6]的基础上,本文研究了子带滤波器组在宽带自适应天线旁瓣相消中的应用,对其原理进行了理论分析,提出了有效的子带处理方法.经研究表明,子带滤波器组处理能有效增加主、辅助天线信号的相关性,从而提高系统干扰相消比.而且适当的过采样能使系统干扰相消比进一步提高.计算机仿真结果和实测雷达数据处理结果证实了子带处理方法的有效性和理论分析的正确性.     

宽带宽角数字阵列雷达发射波束形成技术

在大扫描角的情况下,大孔径相控阵采用移相方法发射不出去宽带高分辨波形。宽带相控阵波束形成通常采用模拟时延单元,但它的量化误差及硬件的高代价阻碍了进一步应用。在基于子阵划分和发射为线性调频信号的前提下,提出了宽带数字阵列雷达发射波束形成方法,同时给出了几种实现框图并对性能进行分析。最后,计算机仿真结果证实了给出的几种宽带数字阵列雷达发射波束形成方法具有易于实现和良好的性能。