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。

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.

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。

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。

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。

基于FPGA的一种通用DBF运算单元实现

随着技术的进步和战场环境的日趋复杂,数字波束形成(DBF)体制雷达得到了广泛的应用。但是,其多变的需求为DBF体制雷达信号处理机的设计提出了更高的要求。本文对DBF的FPGA实现方式进行研究,提出一种在使用资源一定的情况下,能够满足数据率与波束数互换的通用实现方法。

基于FPGA的DBF多波束中频接收系统的设计与实现

数字波束形成(DBF)阵列能够充分利用阵列天线所获取的空间信息,通过信号处理技术使波束获得超分辨率和低旁瓣的性能,它由天线阵元、射频下变频模块、AD采样、中频接收系统及上位机控制器组成;对中频接收系统进行数字波束形成的具体方案进行讨论,对多路接收和AD量化一致性造成的各通道间失配提出了幅相校正的解决方案,详细分析了研制中的关键技术;实验结果表明所设计的DBF多波束中频接收系统可有效实现通道间失配的校正,并实现精确的波束赋形功能。

双基星载HRWS-SAR系统俯仰向DBF处理技术

双基星载高分辨率宽测绘带SAR系统(HRWS-SAR)利用数字波束形成技术(DBF)将俯仰向多通道的回波信号进行快时间域的相干合成,DBF处理性能必然受到双基构型的影响。该文针对一般双基构型的星载HRWSSAR系统,推导了点目标接收方向角与收发距离和之间的线性近似表达式,建立了俯仰向通道的回波信号模型,进而构建了一种时变加权与FIR滤波相结合的DBF处理方法,并给出了系统实现框图。该文对几种典型双基构型的星载HRWS-SAR系统DBF处理进行了仿真,结果表明合理的双基构型能有效提升星载HRWS-SAR系统的DBF处理性能。

基于DBF-SCORE的Ka SAR-GMTI信号处理方法研究

在SAR信号处理中为增大接收增益,提高系统回波的信噪比,可利用数字波束形成(DBF)技术(扫描接收技术)生成灵活控制的高增益窄波用于多通道接收、处理回波信号。分析并推导了距离向多通道的回波信号,然后详细分析了基于偏置相位中心天线(DPCA)的SAR-GMTI处理方法。在此基础上给出了一种使用DPCA杂波抑制技术处理基于时变加权DBFSCORE回波的Ka SAR-GMTI处理方法,并给出了系统实现原理。与其他SAR-GMTI处理方法相比较,使用DBF技术可以提升系统信噪比,有助于改善杂波抑制性能。通过仿真,验证了用DPCA技术处理基于DBF动目标回波的有效性。

DBF技术在扩大米波雷达测高范围中的应用

针对基于波瓣分裂的米波雷达测高方法只能在低仰角范围内（1°～11°）测高的问题，提出一种将数字波隶形成（DBF，Digital Beam Forming）技术与波瓣分裂相结合的米波雷达测高方法，以扩大仰角测量范围（1°～25°）。该方法采用5个不同高度的天线接收回波信号，利用DBF技术，判断出目标的仰角范围。再利用“比幅比相”的方法进行测高。计算机仿真结果表明：该方法对仰角在25°以下的目标能有效地测量高度。

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。

星载电子侦察中的新型宽带DBF测向技术

针对星载电子侦察系统体积小、重量轻、功耗低和实时处理的要求,提出了一种新型宽带DBF测向技术。与其它DBF测向技术相比,该技术在保证了较高测向精度的前提下,具有算法简单、可并行处理、易于硬件实现和可实时处理的特点,因此非常适合于星载电子侦察应用。

结合通道均衡的SAR距离DBF方法

利用距离数字波束形成(digital beam-forming,DBF)技术可以扩展有效观测幅宽,缓解传统合成孔径雷达系统方位向高分辨与距离向宽测绘带的矛盾,而距离向各通道间的通道误差会使合成波束方向图偏离理想状态,降低系统的性能。针对该问题,提出了结合通道均衡的DBF方法,首先简单介绍传统距离DBF处理技术的原理;然后对实际系统中通道接收信号存在的通道误差进行分析;最后根据分析结果,将通道均衡算法与传统DBF处理技术相结合。该处理方法可以有效消除通道间幅相误差,提升DBF处理效果。利用机载距离向八通道实测数据验证了算法的有效性。

星载抗辐射加固接收DBF ASIC设计与实现

空间环境中存在的大量粒子,其辐射效应,特别是单粒子效应,严重威胁着空间CMOS器件的可靠性。文章首先分析了几种典型的数字单粒子瞬态加固技术,并提出了一种适合接收数字波束形成ASIC的抗辐射加固电路结构。通过对标准ASIC设计流程进行改进,给出了抗辐射加固ASIC设计流程。基于该改进的ASIC设计流程,实现了接收DBF ASIC的研制。

基于DBF-SCORE的Ka滑动聚束SAR信号处理方法研究

Ka毫米波合成孔径雷达(SAR)以其图像分辨率高目标轮廓清晰的特性,得到了国内外学者的广泛关注,近几年随着Ka波段器件的发展,Ka SAR系统成为各国竞相研究的热点。数字波束合成扫描接收技术(DBF-SCORE)可以在避免峰值发射功率过大的前提下提供足够的系统增益,很好的解决了毫米波系统损耗较大的难题,而滑动聚束模式能够不受方位向天线尺寸的限制实现方位向的高分辨率。基于此本文提出了一种基于DBF-SCORE的滑动聚束SAR工作模式,并给出了成像处理流程,以及信号处理过程中公式的解析表达式。最后,通过仿真实验验证了处理算法的有效性。

一种基于FPGA的二维DBF实现方法

数字波束形成(DBF)是数字阵列体制雷达信号处理的重要组成部分,DBF的实质的对多通道的回波数据进行空域积累,从而改善信噪比。工程上一般基于FPGA构建乘累加逻辑电路实现DBF。对于二维面阵雷达,传统的DBF实现方法采用降维处理,即将二维数据分解成方位维、俯仰维分别进行乘累加计算。这种实现方法节约FPGA的乘法器资源,但难以满足雷达系统的波束形成灵活性,且DBF模块不具备可复用性。本文采用阵元直接加权的方法,充分利用FPGA的乘法器资源,实现了雷达系统波束形成的灵活性。本方法基于FPGA内DSP48的级联方式构建复乘模块,并将多个复乘模块逐个级联,优化了FPGA内部时序性能,在相同资源利用率的情况下能够形成更多的波束。

DBF堆积多波束的仿真与测试

分析了数字波束形成(DBF)原理,给出了DBF测试的方法和处理流程。根据此流程,结合某型雷达的具体情况进行了具体的测试,同时对测试过程中的关键步骤进行了分析,并根据需要采集了数据。对采集到的数据进行了分析与仿真,得到了处理结果,结果表明,该测试方法对于DBF测试是有效的。

卫星通信DBF天线快速宽零陷波束赋形算法

该文提出了一种新型快速宽零陷波束赋形方法,基于变步长爬山算法,卫星通信DBF天线在多个给定卫星方位上分别形成了高增益和零陷波束,在满足所需高增益卫星通信链路的同时在其它链路上实现了信号抑制。该算法具有速度快、零陷宽且深等优点,试验结果证明了算法的有效性。天线能够主动选择目标卫星进行通信并抑制其它卫星信号,适宜安装在车辆、舰船、无人机等移动工作平台。

基于数字波束形成技术的北斗抗干扰终端研究

随着电子对抗环境日益复杂,卫星导航及通信领域的抗干扰技术已从传统的功率倒置自适应调零技术转为数字波束形成(Digital Beam Forming, DBF)技术。针对功率倒置算法不能提高卫星信号增益的问题,对数字波束形成技术进行了研究;针对空时多线性约束波束形成算法的硬件资源问题,对基于空频抗干扰算法的数字波束形成技术进行了研究。基于目前导航装备中常见的七阵元终端,将数字波束形成算法与功率倒置算法进行了仿真对比,开展了抗单干扰和五干扰仿真分析及满天星暗室实际测试。通过仿真分析及实际测试,同等干扰条件下,采用基于空频抗干扰算法的数字波束形成技术具有更高的输出信干噪比,以及更强的抗干扰能力。相关研究结果可以支撑北斗抗干扰终端的研发。