[发明专利]用于电子侦察的相控阵数字多波束形成器

说明书

技术领域

本发明涉及电子侦察技术领域，具体的说是一种用于电子侦察的相控阵数字多波束形成器，可用于电子侦察中的多窄带目标精确测向和抗干扰波束形成。

背景技术

现代战争中，电子侦察具有极其重要的地位，已成为现代高科技战争中获得战术情报的重要手段。为了能在复杂的电磁环境中有效获取目标信息，国外正在大力开发新型相控阵天线技术，如美国的横列定向型相控阵天线和共形相控阵天线；以色列的“费尔康”共形相控阵天线；瑞典正在研制的“相似平衡术”双面相控阵天线等。由于相控阵雷达中普遍采用了数字波束形成技术，它在形成瞬时多波束的同时，能对干扰源自适应调零并得到超高分辨率和超低旁瓣，因而能非常有效地对付复杂的综合性电子干扰，非常适应于电子侦察发展的需要。电子侦察所处的环境十分复杂，空间存在着大量的电磁辐射信号，如卫星电子侦察接收机输入端往往会同时收到数十部乃至数百部以上的雷达、通信和测控设备的信号，而这些信号又多是未知特性的，而且随时间和空间不断变化，因此必须采用时域、频域和空域的多重选择来稀释信号。同时敌方故意释放的有源干扰也给电子侦察带来一定困难，因此采用自适应算法才能有效地对消干扰。

一类是传统的自适应算法，如LMS(Least Mean Square)和DMI(Direct MatrixInversion)。LMS算法结构简单，稳健性较好，因而得到了广泛应用。LMS算法消除干扰源的个数决定于天线阵的阵元数和同时跟踪的目标数。阵元数越多，同时跟踪的目标数越少，或多波束数量越少，可消除的干扰源数量就越多。DMI利用对采样相关矩阵求逆来实现开环控制，它采用直接计算自适应权值的办法解决了闭环自适应中收敛速度对输入相关矩阵特征值的依赖性。但当相关矩阵为病态矩阵时，DMI的稳定性不好。LMS算法和DMI算法都需要期待信号的先验信息，这在电子侦察中难以满足，因此必须寻求其它的自适应方法。

另一种重要的解决方法就是两步自适应(adaptive-adaptive)方法，两步自适应方法是在估计出空间信号源的数量和方向、频率的基础上，主波束指向目标方向，辅助波束分别指向干扰方向，通过方向图的综合来实现目标跟踪与干扰抑制。它只需估计出干扰源的数量和方向就可有效地抑制干扰，所以很适合在电子侦察中使用。电子侦察中为了尽可能多的侦察到目标，所采用的多是宽带接收机，而宽带阵列信号是频率的函数，因此其阵列流型及协方差矩阵都随频率变化，这就使得宽带接收机条件下多窄带目标的检测成了一个关键问题，并面临着几个亟待解决的问题：

1)当目标中有强弱信号时，弱信号将会被淹没；

2)当目标中有相干信号和部分相关信号时，传统测向算法不再有效；

3)多通道硬件实现面临巨大的数据吞吐量和数据同步以及算法实现的实时性等问题。

这些问题是电子侦察中相控阵接收机实现对多窄带目标精确侦测的大难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，重点要解决多目标测向中尤其是强弱信号同时存在、相干信号的测向所存在问题，以及多阵元接收通道带来的多通道数据传输、同步以及算法实现的实时性问题，而提供一种用于电子侦察的相控阵数字多波束形成器，进而还提供一种相控阵数字多波束形成方法，来实现对电子侦察中多窄带目标的精确侦测和抗干扰波束形成。

实现本发明目的的技术方案是：所述多波束形成器由数据采集预处理部分和信号处理部分组成，两组成部分通过高速数据传输背板相连接，将数据采集预处理部分处理的数据传输到信号处理部分；所述数据采集预处理部分由3块数据采集预处理板组成，每块数据采集预处理板由8路模数转换器AD、1片DSP芯片和1片FPGA芯片组成；所述信号处理部分由4片并行运算的DSP芯片、1片FPGA芯片和9路数字上变频器DUC组成；首先由数据采集预处理板上的多路高速模数转换器对各阵列天线接收机输出的中频信号进行带通采样；然后由数据采集预处理板上的DSP和FPGA芯片协作完成正交插值和幅相误差校正，将中频模拟实信号转换为基带数字复信号并校正多通道间的幅相误差；接着经背板的多路并行高速LVDS通路将基带数字复信号传输到信号处理部分，在信号处理板上的DSP和FPGA芯片内完成对强弱信号同时存在、相干多信号的高分辨测向，并分别对多目标信号形成抗干扰的数字多波束；最后通过多路数字上变频器件将多路数字波束的输出转换为所需的中频模拟信号送出。

本发明基于相控阵数字多波束形成器形成多波束的方法，包括如下过程：