多通道相控阵天线数字波束合成技术及实现

本文针对多通道相控阵天线数字波束合成的需求,研究多通道阵列波束数据采集和实时处理技术,实现了基于FPGA的多通道数字波束合成系统,完成了对16路阵列信号的数据同步采集、方向图波束合成、数据快速传输与实时处理。实验结果表明:该技术具备良好的工程可实现性,且实验系统工作稳定,合成的方向图各项指标能真实地反映多通道相控阵天线的性能优劣。

一种数字波束合成处理架构及其子阵设计

与传统模拟相控阵相比,基于数字波束合成技术的数字相控阵在多目标跟踪、抗干扰能力、瞬时动态及杂波抑制等方面具有明显优势,应用前景广泛。根据某数字相控阵项目需求,提出了一种光传输及集中式数字波束合成处理架构,并对该处理架构的可重构处理子阵进行详细设计。基于该处理架构及其可重构处理子阵,可实现任意通道规模数字相控阵的扩展。根据设计结果,完成了可重构处理子阵样机的制造,并进行了试验测试。测试结果表明,设计的数字波束合成处理架构及其可重构处理子阵满足系统要求,可用于该数字相控阵的系统设计。

高精度数字波束合成的内镜超声相控阵成像

为了提高内镜超声成像质量,本文提出一种基于高精度数字波束合成的内镜超声相控阵成像方案。在传统数字波束合成方法基础上,利用高采样率ADC设计了新的数字波束合成器,与传统数字波束合成方法相比,新方法的延时精度由8 ns提高到1.4 ns。利用数字波束合成技术,实现各通道回波信号的高精度逐点动态聚焦合成;利用数字正交解调技术,实现数字波束合成信号包络幅值的提取。对水槽中铁丝进行相控扫描成像实验,实验结果表明使用数字波束合成能够显著抑制旁瓣,横向分辨力提高25%,信噪比提高3.7 d B。

基于FPGA的医学超声成像数字波束合成器设计

在介绍数字波束形成原理的基础上,设计了一种以FPGA为核心芯片的新的数字波束合成器;该芯片可根据每个回波脉冲到达其对应阵元的时刻采用程序动态地调整合成波束的焦点和各回波信号的加权因子,实现回波信号的动态聚焦和动态变迹;对于波束合成过程中各阵元所需的接收延迟时间、聚焦延迟时间以及加权因子的存储采用软件方式为每个阵元单独设置一个专用ROM,以简化电路结构并提高系统的处理速度;仿真结果表明,与采用模拟聚焦和幅度变迹的方法相比,新方法的延时精度提高了80%,同时能更好地抑制波束旁瓣,有利于提高医学超声成像系统的图像质量。

基于行星际闪烁望远镜的数字波束合成技术研究

对于拟建设的子午工程二期中的明安图行星际闪烁望远镜,数字波束合成技术是其中一项关键技术.针对现有数字波束合成算法无法满足行星际闪烁望远镜的应用需求,对现有的数字波束合成算法进行改进和优化,提出了一种适应于明安图行星际闪烁望远镜的波束合成算法.仿真结果显示,该算法能够很好地满足行星际闪烁望远镜的需求.同时,在单个波束的基础上,也提出了多波束合成的算法,并进行了算法的仿真.

数字波束合成器中群时延的仿真

在数字波束合成器的研究中,模块的群时延,通常采用矢量网络分析仪进行测量,但使用矢量网络分析仪测量要求被测件的输入和输出的测试信号具有相同的频率。数字波束合成器的中频输入端口到波束合成输出端口的信号频率往往并不同,所以使用矢量网络分析仪难以准确测量群时延。针对上述问题,对数字波束合成器建模并进行仿真,方便地得到了数字波束合成器的群时延,仿真显示数字波束合成器的群时延为一个固定值,同时,由于高斯噪声的影响,带内群时延围绕固定值上下波动,波动大小决定于噪声特性。

基于软件化雷达的数字波束合成技术

针对雷达多功能小型化的要求,提出一种基于软件化的雷达设计方法,并仿真分析了基于软件化雷达的脉冲综合孔径雷达SIAR多天线发射系统,基于美国国家仪器NI公司的USRP通用模块仿真分析SIAR技术,仿真表面采用软件化通用模块构建数字化多通道,满足阵列对多通道幅相一致性和通道同步的要求,确保了数字波束合成的效果。

基于软件化雷达的数字波束合成技术

针对雷达多功能小型化的要求,提出一种基于软件化的雷达设计方法,并仿真分析了基于软件化雷达的脉冲综合孔径雷达SIAR多天线发射系统,基于NI公司的USRP通用模块仿真分析SIAR技术,仿真表面采用软件化通用模块的构建数字化多通道处理,满足阵列对多通道幅相一致性和通道同步的要求,确保了数字波束合成的效果。

一种子阵级数字合成波束的远场简易校正方法

针对有源相控阵雷达子阵级数字波束合成时,接收通道幅相不一致导致数字天线方向图指标恶化的问题,文中提出了一种远场测试条件下的简易通道校正方法,通过对方位和俯仰两维空间解耦,采用动态调整步长的快速搜索迭代算法,在数字下变频后的视频域进行系统通道响应标定。实验结果表明,校正后的数字天线方向图主副瓣比将近25d B,证明了该方法的有效性。该方法降低了测试的难度和复杂度,具有简单、高效的特点,并具有一定的工程实用价值。

波束合成对数字相控阵镜频分量影响分析

比较了模拟相控阵和数字相控阵在波束合成过程中信号分量与镜频分量的不同变化,分析它们对波束合成结果的影响,并提出在数字相控阵中判断镜频的思路。

基于FPGA的数字波束合成器设计

文章介绍了超声成像中数字波束合成器的原理 ,给出了采用FPGA实现波束合成器的结构和实现模块 ,以及其中的关键技术。

基于多波位波束搜索的大型相控阵阵列信号处理技术

数字波束合成技术是通信对抗领域里一项至关重要的技术,通过在数字域对信号幅度和相位进行控制,可以形成多个独立可控的波束,形成波束指向精度高、灵活可变,且理论上不受波束形成数量的限制。本文针对大型相控阵需求,利用波束合成原理,并结合大规模阵列信号同步技术与相控阵幅相校准技术,实现一种可同时产生180个偏馈波束的多波位波束搜索系统。该系统可以利用波束群的实时扫描功能,实现大范围的波束搜索,更快定位目标角度。该系统已在工程上进行应用,并成功执行大型测控任务,取得圆满成功。

零中频接收数字阵列镜像抑制的性能分析与方法

为了解决零中频接收数字阵列波束合成的镜像抑制问题,从推导单通道零中频接收模型出发,首先给出了零中频接收数字阵列的数学模型,然后对同时存在通道间幅相误差、通道内I/Q不平衡误差时的阵列波束图、波束合成的镜像抑制性能进行理论分析。依据分析结果,阵列各通道引入随机辅助相位,提出了一种无需对通道内I/Q不平衡误差进行测量、波束合成输出镜像抑制比与阵元个数有关、适合于大规模数字阵列的波束合成镜像抑制方法。仿真实验验证了本文理论分析和所提方法的正确性。

幅相误差对数字波束形成系统的影响

针对旁瓣电平、波束指向等指标分析了幅相误差对数字波束形成系统的影响。根据各通道间误差的分布规律不同,给出了天线方向图的波束指向、旁瓣电平的变化情况,并且对数学公式进行了详细的推导。分析结果表明:波束形成后的旁瓣电平、波束指向偏差分别与各通道间的幅度误差、相位误差成正比,利用计算机仿真对其进行了验证,为工程实践提供了依据。

基于FPGA的超声相控阵波束合成技术

数字波束合成技术是相控阵超声检测相对于其它超声检测所特有的,也是整个信号接收处理系统的核心技术。通过设计基于可编程现场门阵列(FPGA)的各个模块,充分利用FPGA的优点,实现了精确延时和快速加权求和。从而可以对回波信号在不同方向和深度进行动态聚焦,很好地实现了波束的数字合成。

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。

基于平面天线阵列的数字波束形成技术研究

基于平面天线阵列的数字波束形成技术具有指向性能好、空间增益强、空域分辨率高的特点,在各种移动载荷上有着广泛的应用前景;但是这种技术复杂度高、功耗大,也对系统的设计和实现提出了较大的挑战。文中在不同场景下,对基于平面天线阵列的数字波束形成进行了性能评估和比较,并对系统硬件实现的资源消耗进行了分析。

空间功率合成技术在干扰领域的关键问题分析

空间功率合成是大功率射频设备研制的关键技术之一。针对现有导航干扰设备体积过大、功率较低和带宽较窄等问题,通过对功率合成技术研究现状进行总结,重点对空间功率合成技术的主要类型进行了深入分析。在此基础上简要对比了空间功率合成中各类数字波束合成技术类型的优缺点。同时基于导航干扰领域发展现状,对空间功率合成技术在导航干扰领域应用的技术瓶颈进行了分析,并从器件功率容量、电磁兼容要求和信号工作带宽方面总结了有待解决的问题,提出了导航大功率射频干扰站研制方向。

基于波束空间的DBF协方差矩阵估计方法

该文对波束空间数字波束合成(Digital Beamforming,DBF)的前后向平滑协方差矩阵估计算法进行了改进,利用对称阵列特殊结构,把复数运算转化为实数运算,从而减少了运算量。文章介绍了算法的原理和实现过程,并分析了运算量。而仿真表明,改进算法在减少运算量的同时,保持了阵列抑制干扰性能。

数字阵列雷达多目标模拟器设计

在分析传统模拟相控阵雷达模拟器原理的基础上,提出了一种针对数字阵列雷达的多目标模拟器设计思路和方法。文中针对角度模拟,提出专用多通道数字模拟器和利用监测网络实现模拟的两种方案,并重点对后一种方案展开分析。利用内监测网络模拟多个不同目标,从而实现数字阵列模拟器的功能,为验证数字阵列雷达系统性能提供有效的手段。