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。

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。

星载MIMO-SAR与距离向DBF相结合系统研究

将星载MIMO-SAR系统与距离向数字波束形成技术相结合,设计了DBF-MIMO-SAR系统,能够解决星载MIMO-SAR系统距离模糊较大的问题.该系统方位向各孔径不是同时发射信号,而是按照一定的时间顺序,顺序发射.接收回波时,各孔径同时接收,在距离向使用DBF技术,分离回波信号和抑制距离模糊.同时分析了DBF-MIMO-SAR系统主要系统参数,包括脉冲重复频率、孔径间发射脉冲延时、雷达方程、数据率.仿真结果表明,该系统能有效地实现高分辨率宽测绘带模式,减小距离模糊和方位模糊.

一种基于DBF的双基地雷达系统的性能分析与实验研究

讨论了一种基于数字波束形成的脉冲追赶式双基地雷达系统的构成和基本工作原理 ,对该双基地雷达的性能进行了理论分析 。

基于DBF技术的星载SAR宽测绘带实现方法

在研究距离向使用数字波束形成(Digital Beanforming,DBF)实现星载SAR宽测绘带原理的基础上,分析了星载DBF-SAR距离模糊与传统星载SAR距离模糊的不同,并利用阵列天线零点指向技术实现宽零陷的原理,展宽模糊点所对应位置零陷宽度,从而在提高星载SAR宽测绘带基础上有效地减小距离模糊,提高成像质量。通过仿真和比较分析,表明使用具有宽零陷指向特性的DBF技术实现星载SAR宽测绘带模式的可行性。

距离向DBF-SAR系统抗欺骗干扰研究

该文利用距离向DBF技术,提出使用DBF-SAR系统抗欺骗干扰的方法。DBF-SAR系统抗欺骗干扰主要思想是,根据欺骗干扰回波方向和真实目标回波方向不同的原理,利用距离向多孔径,增大系统自由度,对各孔径接收回波使用距离向DBF技术,通过谱估计,估计出欺骗干扰方向,然后计算加权系数形成等效距离向天线方向图,在干扰方向形成零陷,实现空域滤波,抑制干扰方向信号,从而达到抗欺骗干扰的目的。仿真结果表明,距离向DBF-SAR系统能有效地抗欺骗性干扰,提高成像质量。

DBF-SAR系统1比特量化设计

为解决DBF-SAR系统数据率巨大和星上处理复杂的问题,提出了一种将各通道回波和距离向匹配滤波器都1比特量化的处理方法。首先证明当回波信噪比较低时,符号位已包含了目标的幅度信息,从而为1比特量化提供了可能;在此基础上,利用各通道间信号相关性强而噪声相关性弱的特点,通过数字波束成形技术,提高了系统信噪比。接着探讨了该方法的硬件实现结构和资源消耗情况。最后,仿真结果表明了方法的有效性。该方法在不明显降低成像质量的前提下,简化了系统电路设计和减小了数据率,对DBF-SAR系统的工程实现有一定参考价值。

基于∑-Δ技术的DBF中抽取滤波器设计

介绍了在基于∑-Δ技术的数字波束合成(DBF)中抽取滤波器系统设计方法和具体实现方案。CIC滤波器、补偿滤波器、FIR滤波器三级级联方式一方面降低了采样率,另一方面对∑-Δ调制完成解调。通过实例仿真,证明了设计的可行性。

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.

多维波形编码SAR俯仰向级联DBF成像性能分析

在采用多维波形编码(MWE)技术的新体制合成孔径雷达(SAR)系统中,利用俯仰向的数字波束形成(DBF)来实现多个发射波形重叠回波的可靠分离是一个关键问题。该文详细研究了星上实时波束控制与地面后置零陷控制相结合的混合俯仰向DBF分离方法的成像性能问题。作为一种包括星地两级DBF网络的级联结构,其中的星上部分通过在划分的多个天线子孔径上实现实时主瓣波束指向控制,确保在整个测绘上足够的信号接收增益;而后置自适应DBF网络主要完成零陷抑制的任务,以消除其它发射波形带来的距离向干扰,可自适应于地形高度起伏变化带来的视角变化。根据对发射波形时频结构先验信息的利用情况,提出了两种星上实时波束形成器的实现方式。对混合DBF方法下的成像信噪比和模糊度性能进行了理论建模与仿真实验评估。实验结果表明,混合DBF方法可以为优化图像模糊度和信噪比性能提供额外的设计自由度,并降低星上数据通道数目。与纯地面DBF网络相比,采用混合DBF网络可以在显著减少星上输出数据量的同时获得满意的性能,在给出的实例中,实现相近性能的条件下,相应的星上数据通道数从10个减少到6个。

数字T/R组件中DBF发射技术的研究

给出了数字 T/ R组件及其 DDS的基本原理框图 ,分析了实现 DBF发射技术的方法 ,研制了 4个 DBF发射通道并给出了测试结果 。

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。

米波段DBF体制雷达数字接收机的实现

结合了一种米波段DBF体制雷达的研制,提出一种基于CPCI总线的数字接收机。它由多块单板完成10通道数字接收的标准6U板卡、SCSI磁盘阵列、内定时控制板和互连的二次底板构成,具有集成度高、模块化强、动态范围大等优点,已实际应用于雷达的外场联试。由于其通用性,经过软件的升级、移植,也可广泛应用于通讯、声纳、医疗设备等领域。

现代DBF雷达多通道接收机的实验研究

接收数字波束形成(DBF)技术具有波形形成灵活、抗干扰性能好等特点,正在广泛应用于现代雷达中。较详细地介绍了一种应用于DBF体制雷达接收机幅相稳定性及一致性实验研究结果,该接收机结构紧凑、集成度高、多通道幅相稳定性能优良,同时具有良好的可制造性。

适用于DBF的多通道中频宽带数字接收机设计

介绍了一种适用于DBF的8通道中频宽带数字接收机的设计方案。首先介绍了主要芯片的设计选择和设计原理,并就DBF多通道中频宽带数字接收机的关键指标进行了试验测试,给出测试数据。结果证明了该方案很好地解决了多通道接收机的幅相一致性和稳定性问题。

基于FPGA的DBF导向矢量实时算法

针对某相控阵雷达的数字波束形成[1]的导向矢量计算,提出了一种基于FPGA的较为灵活的实时算法。利用CORDIC核及流水累加运算,在保证高精度计算的前提下,克服了以往查表带来的资源浪费与不便,直接根据天线阵元间距、波束指向和工作频率就可实时完成系统对波束形成的导向矢量的求取。

DBF-SAR系统1 bit量化的可行性分析

该文针对DBF-SAR系统数据率巨大的问题,研究了在低信噪比条件下1 bit量化的可行性。提出了两种信号处理方法:(1)回波1 bit量化;(2)回波和距离向匹配滤波器都1 bit量化。通过理论分析和仿真验证,1 bit量化的两种处理方法均能正确反映出目标位置及散射特性,不影响图像空间分辨率,但会产生虚假目标并抬升旁瓣,且虚假目标幅度随着回波信噪比的升高而增大。因此仅在单通道回波信噪比低于–5 dB左右时使用1 bit量化才有意义。

自适应DBF在数字电视系统中的应用

介绍了自适应DBF(digitalbeamforming)的基本原理,重点讲述了数字电视系统中采用阵列天线实现DBF的优势、算法实现和系统设计,并给出仿真结果。

基于矩阵束方法的星载MEB SAR俯仰向DBF处理方法

俯仰向数字波束形成(DBF)处理是距离向多波束体制(MEB)星载合成孔径雷达(SAR)系统实现较高分辨率、超宽幅成像的关键。但是,由于存在卫星姿态误差等因素的影响,星载MEB SAR系统的DBF接收波束指向会出现偏差,这将导致在对具有强散射体的区域(如存在船舶的海面、港口等区域)进行成像时会出现鬼影目标。针对这一问题,该文提出一种基于矩阵束方法的俯仰向DBF处理方法。首先对俯仰向通道回波数据进行匹配滤波处理,并根据预设阈值寻找强散射体的峰值位置;然后利用矩阵束方法准确估计强散射体的波达角;最后利用这些信息调整俯仰向DBF加权矢量,确保DBF接收波束指向正确,从而消除鬼影目标的干扰。仿真实验验证了该方法的有效性。