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。     

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Farrow结构的恒定束宽时域波束形成器研究与实现

提出了一种基于Farrow结构的恒定束宽时域波束形成器,主要包括实现整数倍采样间隔延迟的数字延时单元、基于Farrow结构的高精度分数延时单元以及保证恒定束宽的幅度加权单元;理论分析了该波束形成器的原理,特点和优势;利用计算机仿真验证了该波束形成器的有效性和优越性;在C6748 DSP平台上的移植实现展示了该恒定束宽波束形成器的实现效率及实用性。     

数字宽带波束形成的仿真与验证

提出了宽带恒定束宽响应数字波束形成的整个流程和方法,通过运用数字延时线和Farrow分数延时滤波器相结合的技术对来波信号进行精确的预延时,运用空间重采样法对不同阵元宽带信号各离散频点的加权系数进行了求解,并根据这些加权系数构建了线性相位FIR滤波器来实现该波束形成算法。仿真和分析结果表明整套设计方法正确、实用、有效。     

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。     

一种时域波束形成系统的工程实现方法

相对于频域波束形成造成的帧间相位不连续,时域波束形成可对阵列输入信号进行精确时延从而得到相位连续的波束。设计了一种时域波束形成系统的工程实现方法。该方法将通道校正和波束形成分开,采用可变分数真延迟滤波器设计方法在线生成通道校正系数和波束权值;采用基于多项滤波和分布式算法实现的FIR滤波器结构,解决了高采样率信号对实时滤波器的要求。与基于乘法器实现的时域波束形成系统相比,该系统不使用乘法器,对FPGA逻辑的消耗也有明显降低,系统可根据资源灵活配置波束数目。     

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.     

基于多项式拟合的宽带NLFM数字分数时延波形产生方法

由于孔径渡越问题，宽带信号的波束形成需要进行时延处理，传统的数字分数时延波形产生方法是在时域上使用分数时延滤波器。目前，大多数宽带发射波束产生的研究均针对线性调频信号，而对于信号特性更复杂且脉压性能优秀的非线性调频(NLFM)信号研究甚少。文中提出了一种宽带NLFM数字分数时延波形的产生方法，并对该信号实现了发射数字波束形成。首先，将时延分为整数时延和分数时延，利用指数多项式拟合处理得到宽带NLFM信号的时域表达式；然后，通过提取参数的方法在直接数字合成器中直接产生分数时延波形；最后，经过整数时延形成宽带NLFM发射波束。仿真实验证明：各阵列单元产生了宽带时延NLFM波束，发射波束的合成方向良好，没有明显失真，时延方法导致的时延误差远低于传统的滤波器方法，且功率合成效率损失可忽略不计，该方法计算简便，对硬件要求不高。     

时域宽带自适应波束形成器设计

针对现有含反馈支路的时域宽带自适应波束形成器运算量大、干扰抑制能力受限的问题,基于广义旁瓣相消结构,引入一条固定系数的全极点反馈支路,设计一种新的时域宽带自适应波束形成器,减少了前向支路所需抽头延迟线个数即自适应权个数,从而降低了运算量,加快了收敛速度。全极点反馈支路以逼近包含干扰频带的带通滤波器为目标进行离线最优化设计,在保证稳定性的同时,增强了波束形成器的干扰抑制能力。仿真结果表明：与现存含反馈支路的时域宽带自适应波束形成器相比,采用相同的自适应算法,设计的波束形成器收敛更快、干扰抑制能力更强;实现相同的 SINR 改善时,新的波束形成器所需运算量远小于现存波束形成器。     

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。     

一种宽带阵列数字下变频与均衡器一体化设计

从基本FIR均衡器的原理出发,讨论了不同系统采样率对均衡性能的影响。为适应宽带阵列中高速信号处理的要求,讨论一种经典的数字下变频和均衡器的设计方法。该方法虽然实现简单,但没有充分考虑采样率对均衡器设计的影响,需要大量的乘法资源。为了在保证均衡性能的同时降低系统对乘法资源的消耗,提出了一种数字下变频与均衡器的一体化设计方法。与传统方法相比,所提方法在阵列通道个数较大时能明显降低对乘法资源的损耗。通过仿真和实测数据分析,验证了所提方法的正确性。     

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。     

时域宽带恒定束宽波束形成器的优化设计

为了使用较低阶次的FIR滤波器组实现高精度的时域恒定束宽波束形成器,本文提出了一种优化设计方法。此方法使用了数字延迟线和FIR滤波器组相结合的宽带波束形成器结构。在FIR滤波器组的设计中,使用半定规划的优化方法,使设计波束的主瓣逼近期望波束,同时使用矩阵不等式约束旁瓣高度。在建立最优化问题时考虑了设计频段上的所有频率点,因此可以得到全设计频段上束宽恒定的波束形成器。应用本文的方法,针对8元均匀离散圆弧阵设计时域恒定束宽波束形成器,并与已有方法的设计结果进行了比较,验证了此方法的正确性和有效性。     

宽带分数延时滤波器的优化设计及FPGA实现

提出了一种可变分数延时宽带数字滤波器的优化设计方法,该方法首先采用内插的方法提高采样率,降低信号的归一化带,再采用Farrow结构来实现分数延时,通过抽取,恢复信号的初始采样率.其实现形式采用基于多相滤波的级联结构,使得内插和抽取相互抵消,降低滤波器的阶数,提高运算效率.采用基于FPGA的并行分布式算法,设计利用了器件的结构特点以及与器件特性独立的2种方法,在时域实现了高速、高阶的宽带分数延时滤波器,并在Altera Stratix FPGA上进行了仿真验证,最高工作频率分别为184 MHz和119 MHz.     

基于空-时子带结构的宽带波束形成

提出一种基于空域嵌套复合阵和时域多率子带相结合的空-时宽带自适应波束形器。子带的实现以通用参数滤波器组为基础。每个子阵的宽带波束处理器采用同一组FIR滤波器来实现,大幅减少了加权数目,同时子阵实现了并行处理,每个子阵工作在最低的采样速率下,进一步降低了处理器的运算量。仿真结果表明,此结构的处理器不仅能实现宽带波束形成,而且还大大降低了波束形成器的数据运算量。     

双曲结构VFDF雷达干扰宽带多波束形成技术

采用一种高效的双曲结构可变分数延时滤波器（V FD F ）实现了宽带波束形成,可以在不改变滤波器系数的情况下改变波束指向,并采用这种可变分数延时滤波器实现了雷达干扰宽带多波束形成,通过共用子滤波器减小了硬件开销。     

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。