相位噪声对数字阵列波束合成的影响研究

为了分析相位噪声对于数字阵列波束合成性能的影响,通过对比阵列激励误差和热噪声建模,并考虑阵列本振复用结构,建立了相位噪声在数字波束合成中的概率数学模型。主要针对均匀线性阵列推导得到了引入相位噪声的波束合成信噪比与功率方向图表达式。基于得到的闭式表达式,通过数值仿真分析了不同相位噪声值和本振复用结构的阵列性能,验证了以下结论:本振分布化程度的提高能够获得空间主波束方向信噪比和瞬时动态增益,但同时会相应抬高副瓣电平并造成调零回填,从而恶化阵列空域抗干扰能力。

基于数字域信号合成的仿真系统架构研究

针对基于射频信号合成的注入式仿真系统架构复杂、硬件成本高、难以扩充和更改的技术难题,提出了基于数字域信号合成的注入式仿真系统架构,在降低系统射频链路复杂度的前提下,利用多通道数字信号合成模块(MCDSSM)替代了射频信号合成架构中的天线波束形成单元(ABFU),实现了架构简单、模拟雷达接收通道数量灵活可变、接入干扰设备可扩充的系统架构。进一步在数字域给出了基于三阶交调失真模型的雷达多通道回波信号处理流程。仿真试验验证了基于数字域信号合成的仿真系统架构的可行性。

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。

凝视数字多波束合成孔径雷达系统性能分析

针对传统合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在实现远距离高分宽幅成像中存在的问题,提出了凝视数字多波束SAR的概念。凝视数字多波束SAR将成像区域在距离和方位向分割为多个子区域进行独立成像,避免传统SAR在高分宽幅成像中的限制;利用完整天线口径和数字波束形成(digital beam-forming,DBF)技术,形成方位向和俯仰向多个高增益的接收窄波束,并控制接收波束对每个子区域进行凝视观测,延长成像时间,提升分辨率。根据上述基本原理,通过对凝视数字多波束SAR的建模,完成对成像系统的性能分析。数值仿真表明,凝视数字多波束SAR系统不仅可以实现高分宽幅成像,具有良好的成像性能,而且可以通过增加天线增益,降低系统发射功率,扩展了SAR的应用领域。

凝视数字多波束合成孔径雷达原理

针对传统合成孔径雷达在实现高分辨大测绘带(简称高分宽幅)成像中存在的问题,文中将数字波束形成技术和合成孔径雷达结合,提出凝视数字多波束合成孔径雷达的概念。首先,将成像区域在距离和方位向分割为多个子区域进行独立成像,避免传统合成孔径雷达在高分宽幅成像领域的设计限制;然后,利用数字波束形成技术对天线阵面所有接收单元进行数字加权,在方位向和俯仰向形成多个高增益的接收窄波束,并控制接收波束实现对每个子区域的凝视观测,延长合成孔径的长度,提高成像分辨率。仿真表明,凝视数字多波束合成孔径雷达可以有效突破传统合成孔径雷达系统设计上的瓶颈,实现高分宽幅成像。

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。

数字相控阵天线中的波束合成实现方法

数字相控阵天线是有源相控阵天线发展的重要方向,而信号处理的核心内容是波束合成。但波束合成的工程设计中面临的一些问题,往往通过经验进行处理,并未从理论角度进行分析和解决。首先,针对信号处理硬件平台中的数据采集功能,通过分析ADC噪声来源,并结合输入中频信号SNR、动态、采样处理增益,得到了满足输出SNR要求的最少有效比特位的解析表达。其次,根据数字相控阵阵因子表达,分析了在指向误差对方向图影响,根据天线增益的损失,可以确定指向误差的允许范围。另外,根据空间色散原理,分析了频偏对阵列方向图影响,同样根据天线增益损失,可以确定允许的信号带宽指标。上述指标确定方法,通过计算机仿真证明了正确性和有效性,从而为数字相控阵天线的工程实现,提供了有益的支持。

基于过采样Delta-sigma模数变换器的数字化超声波束合成方法

目的 提高基于Delta sigma模数变换器的数字波束合成时图像的侧向分辨率。方法 用预先设定的变迹数据存储单元取代波束合成时的加法器。不对Δ Σ量化的输出乘以变迹系数后求和 ,而是作为变迹数据存储单元的地址输入 ,变迹数据存储单元的输出即为变迹后合成的波束。结果 仿真表明此方法能够实现接收变迹 ,提高图像的侧向分辨率。结论 此方法能够降低相控阵前端的成本、体积和功耗 ,适用于低功耗的手持式超声扫描仪和阵元数非常庞大的高端系统。

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。

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。

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。

数字B超发射波束合成器设计与实现

在数字B中,发射波束合成器驱动超声探头产生超声信号,并通过对多通道超声信号发射时间的控制完成发射聚焦。该文结合实际应用,完成了一个32通道的发射波束合成器的硬件电路设计和发射控制器的FPGA实现。

基于合成虚拟阵列的脉冲多普勒引信高分辨DOA估计方法

为提高脉冲多普勒(Pulse Doppler,PD)引信的波达方向(Direction of Arrival,DOA)分辨率,利用引信的运动特性,将不同时刻下的回波数据进行组合,合成一个大孔径的虚拟阵列,达到扩展孔径的目的,并利用数字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)实现对目标的高分辨角度估计。针对合成虚拟阵列非均匀性导致DBF计算复杂度高的问题,将合成虚拟阵列分解为固有子阵与运动子阵,分别进行DBF处理后并用两波束的乘积代替合成虚拟阵列的波束,在保证高角度分辨率的同时,降低对合成虚拟阵列直接进行DBF运算的复杂度。仿真与实验结果表明,在较少阵元的情况下该方法有效地提高了PD引信的DOA分辨率。

一种数字波束形成(DBF)算法

本文介绍了 DBF 的基本特点与实现方案。在具有严格约束的最小功率自适应算法与采样矩阵梯度算法的基础上,提出了一种能同时形成一组自适应扫描多波束的 DBF 算法。文中以一个12元线阵为例,对该算法进行了计算机模拟,给出了大量的模拟结果。结果表明,每个自适应波束在干扰源方向都形成了较深的“零点”,而在约束方向则保持不变的功率。

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。

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.

基于数字波束形成的合成孔径雷达干扰抑制方案

提出一种基于数字波束形成(DBF)的机载SAR自适应干扰抑制方案.该方案根据干扰的方向,在成像的过程中,实时地调整接收波束方向图,使得主波束对准成像区域,同时在干扰方向形成零陷.为了在成像过程中,只对波束进行有限次调整,采用了宽零陷波束形成算法.并对该方案的性能进行分析,仿真表明了该方案的可行性和有效性.

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。

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。