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。     

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。     

基于分数时延的宽带数字波束形成技术

在窄带数字阵列波束形成中,通过补偿各阵元之间的时延带来的相移而合成波束。对于宽带数字阵列,相同的时延不同的频率会带来相移的不同,窄带波束形成方法会导致宽带波束方向图畸变,必须采用宽带数字波束形成技术。通过分析信号带宽对窄带数字波束形成的影响,以及宽带数字波束形成的原理,给出了基于分数时延的宽带数字波束形成方法和仿真的结果,在数字域上实现了宽带波束形成。     

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。     

共形阵列宽带波束形成设计与实现

针对大规模共形阵列波束形成问题,提出一种宽带信号数字波束形成方法,介绍了该方法的具体实现过程,该波束形成流程主要包括子阵内和子阵间波束形成2部分。由地平坐标系中目标位置推导出子阵视线坐标系目标来波方向后,对宽带数字波束形成方法进行理论推导:子阵内通过幅相加权、子阵间进行时延补偿和相位加权。通过软件仿真和原理样机试验,充分验证了该方法正确、可行。     

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结构的分数时延滤波器

在宽带数字阵列雷达的波束形成中,传统的窄带移相方法存在主瓣展宽和扫描不准的情况,为此现阶段多采用实延时（TTD）补偿单元来代替移相器。模拟时延补偿存在诸多缺点,为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,引入声纳学中广泛使用的Farrow结构来实现时延滤波器;为降低FPGA资源消耗,引入滤波器的系数求取优化方法;为提高速度,提出了Farrow结构的优化方法。仿真以及实际运行结果都表明了该方法的有效性,与传统移相方法相比,更适用于数字阵列雷达T/R组件。     

2010基于Farrow结构的分数时延滤波器

在宽带数字阵列雷达的波束形成中,传统的窄带移相方法存在主瓣展宽和扫描不准的情况,为此现阶段多采用实延时(TTD)补偿单元来代替移相器.模拟时延补偿存在诸多缺点,为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,引入声纳学中广泛使用的Farrow结构来实现时延滤波器;为降低FPGA资源消耗,引入滤波器的系数求取优化方法;为提高速度,提出了Farrow结构的优化方法.仿真以及实际运行结果都表明了该方法的有效性,与传统移相方法相比,更适用于数字阵列雷达T/R组件.     

全空域球面相控阵波束形成器的优化设计

针对目前全空域球面相控阵测控系统工程应用中波束数量、信号瞬时带宽等数字波束形成器性能和复杂度难以兼顾的问题,分析了常规波束形成方法在基于半球形结构的S频段大型共形天线阵列工程应用中的局限,给出了一种基于子阵划分的宽带数字波束形成器优化设计方法,通过优化幅相和时延补偿方式,使算法不受子阵尺寸限制,工程实现复杂度较低。系统建模和仿真验证表明该方法可以获得良好的瞬时带宽性能,具有较好的工程应用价值。     

一种宽带阵列时域数字多波束设计方法

从宽带数字波束形成的原理出发,讨论了基于Farrow滤波器的分数延迟补偿方法。为了适应宽带数字阵列中多波束形成的要求,讨论了一种基于FIR型分数延迟滤波器的经典时域多波束形成方法。该方法虽结构简单,但在波束个数较多时需要大量的乘法资源。为了降低多波束对乘法资源的需求,提出了一种基于Farrow型分数延迟滤波器的多波束实现方法。与经典时域多波束方法相比,该方法在波束个数较多时能明显地降低对乘法资源的损耗。仿真实验验证了所提方法的正确性。     

基于子带化的宽带数字波束形成延时补偿新方法

采用宽带信号的相控阵雷达可获得高的距离分辨率,但也面临挑战:宽带数字波束合成和自适应抗干扰。典型的宽带自适应数字波束合成架构中,首先,在基带采用分数延时滤波器实现多通道的延时补偿;然后,将宽带信号分解为许多子带,在每个子带内做传统的窄带自适应数字波束合成;最后,合成为宽带波束输出。该信号处理方法,在宽带条件下,通过宽带延时补偿实现了精确的波束指向,取得了较好的抗干扰性能。文中基于子带化方法,提出了一种新的架构,将延时补偿合并到窄带波束合成中,即用窄带的附加相移,代替了原有的多通道延时补偿单元。结果是该架构中不再需要分数延时滤波器,大大降低了计算量节约硬件资源。同时,仍然保证了宽带阵列雷达波束的精确指向。结合相控阵雷达阵列实例,文中分别采用传统架构及所提出的新架构完成宽带波束合成,给出仿真结果以供对比,证明了新架构的有效性。     

宽带相控阵雷达Stretch处理孔径渡越时间数字补偿技术

本文分析了宽带相控阵雷达采用线性调频(LFM)信号时孔径渡越时间对波束指向的影响,给出了经典的时间延时单元(TDU)补偿方法,针对用线性调频信号Stretch处理特点,提出了采用全数字方法实现孔径渡越时间补偿的方法,实验与模拟结果表明本文提出的方法是有效的.     

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.     

大型宽带相控阵天线子阵级延时器误差分析及补偿

子阵级使用延时器是改善宽带相控阵天线波束性能常用的技术途径。在对延时器电性能误差特性分析的基础上,提出采用次级子阵延时器联合TR通道移相器和衰减器分级补偿天线系统内部射频链路的时延、幅度和相位误差的方法。通过采用两级子阵延时架构的一维大型天线阵列模型的仿真验证,表明该方法不仅可实现大带宽大扫描角大型相控阵天线的方向图高精度控制,同时降低了大时延量延时器的研制难度。     

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。     

二次下变频实现宽带数字波束形成

宽带相控阵宽角扫描波束形成中,常用模拟延时线技术解决复包络偏移问题,但硬件的高代价阻碍其实际应用。本文在基于跟踪状态及发射线性调频信号的假设下,提出一种二次下变频方法实现宽带数字波束形成,本方法首先对阵元级接收数据进行模拟混频实现去斜,数字域再进行二次下变频,相位补偿后实现波束形成,最终通过傅氏变换获得散射点信息。     

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。     

UWB脉冲信号的时域波束形成方法

分析了超宽带（Ultra Wideband）脉冲信号阵列空时处理的一般原理,比较了它和传统正弦阵列的差别,给出了一种高精度的时域波束形成方法。精确的可变时延电路实现是时域波束形成的主要问题,采用数字延迟线和FIR延迟补偿滤波器相结合的办法实现UWB信号波束形成的数字化处理。设计了因果稳定的高精度的具有分数时延补偿特性的FIR滤波器,解决了UWB信号在小样本采样时时间量化对波束形成器性能影响的问题,相对于频域处理,在有效提高阵列方向图性能同时具有设计简单,运算量小等优点。     

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。