数字波束形成技术(DBF)在雷达中的应用

数字波束形成技术是天线波束形成原理与数字信号处理技术相结合的产物,其广泛应用于阵列信号处理领域。由于电磁工作环境的恶化和大量射频干扰的存在,在极低的信干噪比(SINR)条件下进行目标检测和信息提取十分困难。对于阵列系统,往往采用自适应数字波束形成(ADBF)技术,来抑制强干扰和方向性干扰对有用信号的影响。介绍了数字波束形成器的基本原理及其DSP的实现结构。

一种DBF体制卫星接收共形相控阵天线

提出了一种全数字波束合成(digital beam forming,DBF)体制卫星接收共形相控阵天线设计思路.该天线采用半球形共形阵排布方式,阵元采用双层微带贴片天线实现宽带圆极化.在半球形的布局下,通过判断卫星信号来波方向在球面上的投影来选择工作的阵元,形成与来波方向一致的波束,在全空域(—75°~75°)的仰角内可实现增益起伏小于1.5dB的波束覆盖;后端采用射频数字一体化设计技术,可同时形成多个波束,实现了一个天线跟踪多颗卫星的能力.最后加工和测试了天线样机,验证了共形半球阵的波束形成能力.提出的天线设计思路有助于拓展数字波束体制在卫星通信中的应用,对全空域多波束相控阵天线的研制具有指导意义.

一种改进的星载SAR俯仰向DBF处理技术

在星载SAR系统的高分辨率宽测绘带成像应用中,为了增大接收增益,提高回波的信噪比,可利用数字波束形成(DBF)技术实现俯仰向多通道接收并处理回波信号。该文分析并推导出了俯仰向通道的响应函数。基于这一结果,提出了一种时变加权与FIR滤波相结合的DBF处理方法,并且给出了系统实现框图。与其它DBF方法相比,该方法能在不增加系统实现复杂度的前提下,实现对长脉冲的接收增益最大化与系统性能最优化。仿真结果表明,该方法能够近似达到理论上的系统性能最优值。

通道响应失配对DBF天线旁瓣电平的影响

本文研究了通道响应失配对数字波束形成(DBF)天线旁瓣电平的影响,然后分析了通道频率响应失配与脉冲响应失配的关系,进而得到通道间频率响应失配对天线旁瓣电平的影响。结果表明,用DBF技术实现超低旁瓣天线对通道频率匹配的要求相当高。最后计算机模拟验证了理论分析结果。

基于ADSP-TS201S的DBF处理器的设计与实现

采用ADI公司的TigerSHARC系列第二代超高性能DSP芯片ADSP-TS201S设计制作了一个高性能的数字波束形成(DigitalBeamForming,DBF)处理器。在这个硬件平台上实现了二维DBF算法,并对算法进行了优化。初步实验结果验证了软、硬件的正确性。对于一个由32个阵元组成的4×8平面阵,存在一个干扰源的情况下,DBF权重系数的计算时间为71.134μs,是TI的TMS320C6701所需时间的七分之一。

高分辨率宽测绘带星载SAR距离向DBF处理

该文在研究星载SAR使用距离向数字波束形成(DBF)实现宽测绘带的基础上,通过理论推导和仿真分析了仅做时域加权DBF处理对成像结果幅度和分辨率的影响,并进一步针对DBF-SAR扫描接收方式研究了4种适用于不同发射信号脉宽的距离向DBF处理方法。仿真验证了4种处理方法在各自的前提下能有效实现距离向宽测绘带接收。

远距离支援干扰下DBF雷达作用距离分析

在平面相控阵中应用DBF技术对于提高雷达系统性能具有重要意义。研究了数字波束形成(DBF)在平面相控阵雷达中的应用。建立了子阵级DBF的信号模型,根据一维阵元级DBF推广得到了子阵级DBF,引入雷达方程和干扰方程,总结得到了雷达作用距离与雷达、干扰和目标参数的关联关系。分析了远距离支援干扰对DBF雷达作用距离的影响,并给出了仿真分析,仿真结果表明:子阵级DBF能在很大程度上改善雷达的作用距离,为研究DBF雷达的抗干扰性能提供支撑。

DBF技术在雷达接收系统中的应用

介绍DBF体制雷达的特点和经常运用的关键技术,对接收系统的原理、组成、各部分的特点及实现方法作了详细的说明,着重介绍了中频直接采样技术的原理和数字波形产生技术在该接收系统中的应用,并给出了试验结果.

基于FPGA的DBF设计与实现

充分利用FPGA资源丰富、处理灵活等优势,采用FPGA技术实现了高带宽、高精度的DBF系统,能够与DSP系统互通,接收来自DSP系统的权值。系统通过测试,性能良好。

宽带星载DBF相控阵天线设计与实现

针对低轨卫星通信天线波束"等通量"覆盖的赋形要求,采用遗传算法对天线阵列进行了多目标平衡优化综合。根据SHA阵和波束覆盖的空间旋转对称性,在波束空间和阵元空间内进行阵元分组,将波束形成矩阵自由度降为1/3,简化了遗传算法参数数量,为波束形成因子复用奠定基础。针对16波束宽带输入,利用DFT滤波器组、复用式波束形成网络、单音闭环校正等算法设计了分布式数字波束形成器和幅相校正单元,运算量降为原来的4.5%,节省硬件资源80%。最后首次完成了16波束61阵元星载DBF相控阵天线样机的研制,暗场测试结果表明波束增益达到等通量覆盖要求,验证了以上算法和工程设计的正确性与有效性。

DBF天线的近场测量与模拟分析

数字波束形成(DBF,Digital Beam Forming)是现代阵列天线系统的关键技术,然而传统的近场天线测量系统与DBF天线的数字接口并不兼容。本文在论述数字波束形成原理的基础上介绍了一种DBF天线近场测量系统。通过对一维DBF天线的近场测量模拟,由近场平面波综合技术得到远场方向图。所得结果与DBF阵列天线远场方向图相比较,可以看出两种方法得到的远场方向图具有良好的一致性。该方法避免了大量探头的使用,克服了探头间的耦合问题。

卫星滚动角误差对星载SAR距离向DBF影响

在研究星载SAR距离向数字波束形成实现宽测绘带原理的基础上,分析卫星滚动角误差对星载SAR宽测绘带距离模糊的影响,主要是天线波束中心在距离向移动造成的,并使用零陷展宽技术展宽距离向天线方向图零陷宽度,有效地减弱卫星滚动角误差带来的影响,从而减小距离模糊,提高宽测绘带的成像质量。仿真结果表明了分析的正确性。

星载DBF多波束发射有源阵列天线

低轨通信卫星大容量、终端小型化要求卫星采用多波束天线技术来实现高增益、宽覆盖.本文针对低轨CDMA通信系统,设计了具有近"等通量"覆盖的平面阵列多波束发射天线,该天线由61微带单元天线阵、61个发射射频通道和数字波束形成网络组成;数字波束成形网络对输入的16个波束信号进行正交化、加权处理输出61路中频信号,由发射射频通道完成上变频和信号放大,最后通过天线阵辐射出去在空间形成期望的16个赋形波束覆盖.文章详细介绍了天线的实现方法和试验结果,通过对16波束发射天线原理样机的测试,结果表明天线各指标都符合设计要求,有效验证了天线系统设计的正确性.

一种基于DBF雷达体制的最小软件化综合处理机设计

本文提出了一种基于数字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)雷达体制的最小软件化综合处理机设计。采用国产化的模数转换器(Analog-to-digital converter,ADC)、直接数字式频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS)、现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)等芯片实现软件化参数可任意配置的波形产生、波束控制、数字波束形成、信号处理等功能。此外,通过级联该最小综合处理机可实现DBF体制雷达规模的可扩展性,即通过多级流水、系统同步和系统校准实现多种规模的阵列信号的数字波束形成以及相关信号处理。

基于脉内波束矢量解决DBF导致的SAR图像叠掩效应

随着对测绘带宽的要求,越来越多的使用阵列天线的SAR系统在距离向接收时使用数字波束形成(digital beam forming,DBF)技术,通过详细研究普通的DBF技术在对延伸距离较长、且测绘带内高度有明显变化的山坡地区,成像时由于天线增益损耗严重而导致叠掩效应加重的原理,并在普通DBF的基础上研究了一种基于脉内波束矢量(intra-pulse beam steering,IBS)技术的DBF方法,该方法在保持测绘带宽不变的情况下,对相同地区成像时可以有效降低天线增益损耗,并建立了其数学模型和进行了理论推导,最后通过计算机仿真比较了两种情况下天线增益损耗的差异和证明了脉内波束矢量(IBS)技术的有效性。

粗略信息引导下DBF体制电子侦察时空调度方法

信号的搜索截获是雷达对抗侦察过程中的重要环节。结合雷达对抗侦察的特点,构建了DBF(digital beam forming)体制侦察系统的波位编排模型,分析了已有情报信息对侦察活动的应用价值,给出了时空调度的排序依据,形成了基于信息增益函数的数字波束体制侦察系统的时空调度方法。仿真分析表明,提出的时空调度方法的针对性和效率更高,为现有雷达对抗侦察系统的工作方式提供了有益参考。

DBF系统的通道校正技术

描述了影响DBF系统特性的主要因素,研究了阵元间互耦对自适应方向图旁瓣和零深的影响及校正方法,讨论了在DBF阵中校正接收通道幅、相误差和I/Q支路正交误差的技术途径。计算机模拟和测试证明,按照所述方法进行校正可以得到满意的结果。另外,为了减小I/Q支路产生正交误差,建议采用中频直接采样和数字化的接收机方案。

基于DBF的星—地异构共存认知MIMO系统的干扰减缓

针对星—地网络和地面无线网络共存现象逐渐增多和共存干扰日益严重的问题,分析了一种地球同步轨道(GEO,geosynchronous earth orbit)星—地网络和地面4G移动通信网络异构共存的典型场景,提出了一种地面次用户卫星地面站对地面主用户多入多出(MIMO,multiple input multiple output)4G基站干扰的异构多用户认知系统模型,并推导了其通用信号处理过程。同时,在4G基站系统内采用数字波束形成(DBF,digital beam forming)技术最小化多天线多用户的认知干扰,设计了一种基于固定方位干扰的最优波束权重(OBW-FAI,optimal beam weight based on fixed azimuth interference)抗干扰算法,权重向量只与干扰源方位有关,不需要实时和重复计算,计算量小。最后,数值仿真结果验证了所提系统和算法可以一定程度地改善星—地网络和地面无线网络异构共存的干扰。

DBF体制接收系统的设计

随着现代雷达技术的发展,数字波束形成(DBF)体制在雷达系统占据越来越重要的位置,多通道小型化接收机、高稳定频率合成等技术为DBF体制雷达的发展奠定了技术基础。文中分析了一种X波段DBF体制接收系统的设计方案,重点讨论了四个关键技术:动态范围的确定、多路小型化接收通道和频率合成器没计、激励源输出信号杂散噪声分析。文中设计的X波段接收系统,已达到预期性能指标及技术要求,其相关技术可推广应用至其他频段雷达接收系统。

基于星载平台的DBF体制接收前端组件研制

研制了一种应用于星载平台DBF接收机前端组件,针对其应用的特殊环境要求,给出了较详细电路设计和实现方法。通过对设计完成的电性件实测结果表明,设计实现的DBF接收前端组件具有高度的宽温稳定性和幅相一致性,同时具有高增益和低噪声系数的特点,测试结果充分证明该项技术在星载平台上应用的条件已经成熟。