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.     

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。     

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。     

宽带波束形成中小数时延滤波器设计

以电子战中的宽带波束形成器设计为背景,阐述了数字延迟线与小数时延滤波器相结合的时域波束形成方案,并引入广泛应用于多速率系统中的Farrow结构可变时延滤波器。针对宽带Farrow结构滤波器中乘法器资源消耗量较大的问题,采用对称结构的子滤波器系数求解方法,最后通过多次仿真验证了设计的合理性并给出相关设计参数的一般取值,为后续工程上的实现奠定了理论基础。     

一种机载宽带数字阵列SAR成像优化方法

机载合成孔径雷达（SAR）利用雷达与目标的相对运动,将尺寸较小的天线用数据处理的方法等效合成较大的天线孔径的雷达。随着雷达阵列技术的发展,机载数字阵列SAR成像技术得以工程应用。但因宽带数字阵列的时延补偿带来了带宽损失,在SAR成像过程中用于脉压的调频斜率须进行一定的优化,才能得到更好的成像效果。本文首先介绍了数字阵列SAR雷达的时延和相位补偿方法以及因时延补偿带来的调频斜率的变化,其次针对调频斜率的失配对脉压结果的影响分析及其内在原因,最后结合飞行试验和地面试验数据对宽带数字阵列SAR成像优化方法进行了验证。该方法对数字阵列SAR雷达成像优化具有一定意义。     

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。     

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。     

一种通道均衡方法在宽带数字阵列雷达中的实现

针对宽带数字阵列雷达通道频率特性不一致的问题,提出一种基于频域均衡的宽带通道校正处理工程实现方法。首先,介绍了数字阵列雷达窄带校正基本方法;然后分析了宽带通道均衡原理,提出了基于频域均衡工程实现方法;最后,通过仿真对基本均衡算法进行了改进和工程数据实测验证。实测数据结果表明,该方法能有效补偿宽带数字阵列通道带内以及通道间幅相误差,显著提高了宽带波束性能,对于宽带数字阵列雷达工程设计具有较高参考价值。     

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。     

宽带数字阵列雷达通道固定时延误差估计技术的研究

为解决宽带数字阵列雷达通道固定时延误差导致的数字波束成形性能下降问题，提出一种基于最大似然估计和抛物线插值的通道固定时延误差估计方法。该方法首先通过基带发射信号和包含未知时延参量的基带接收信号的相关积分后信号的峰值点估计通道固定时延整数部分；然后利用峰值点及其相邻两点进行抛物线插值完成通道固定时延小数部分估计；最后计算多通道固定时延误差，并完成各通道固定时延误差的补偿。仿真结果表明，该方法能够在赛灵思的xcku115平台下，实现宽带数字阵列雷达的多通道固定时延误差估计，并且在输入信号信噪比为10～30d B的情况下，估计精度能够达到0.001～0.014倍采样间隔，可以满足工程的实际应用要求，提高宽带数字阵列雷达中数字波束成形的性能。     

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。     

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。     

基于模糊控制的自适应幅相补偿控制系统

针对数字阵列在使用过程中存在的性能退化问题,利用模糊控制相关理论建立了自适应幅相补偿控制器模型,并设计了新型数字阵列自适应幅相补偿控制系统。该控制系统能够智能、实时地对数字阵列进行监测,并根据阵面状态对各通道幅相进行动态调整,实现数字阵列性能的优化。该系统在未来数字相控阵雷达设计中具有很大的工程意义。     

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。     

一种Farrow结构数字延时滤波器的设计

普通数字延时滤波器虽然结构简单,但系数计算过程复杂,在延时参数快速变化时,系数更新速度无法满足实时性要求,在工程应用上受限制。采用Farrow结构数字延时滤波器能够更加灵活高效地进行分数延时滤波,延时参数改变时,无需重新计算滤波器系数,更容易在现场可编程门阵列(FPGA)上实现。介绍了一种Farrow结构数字延时滤波器,提出采用基于对称结构的滤波器系数求解方法,并经过加权优化,获得最终Farrow滤波器的系数。系数计算过程中,通过对设计所得Farrow滤波器延时精度和误差的分析,调整加权因子的取值和滤波器阶数,进而提高延时精度。计算机仿真结果证明了加权对称系数求解Farrow滤波器系数方法的有效性和实用性。     

宽带雷达接收机数字下变频技术研究

数字下变频（Digital Down Conversion,DDC）是宽带雷达中频接收机的关键技术之一,传统DDC实现方法在现有FPGA上无法满足带宽和滤波器精度对硬件资源的要求.针对这一问题,提出了一种数字下变频结构优化方法,给出了分布算法实现FIR滤波器的结构,研制出了一种最优化免混频数字下变频器,并已经成功应用于某宽带雷达系统.