[发明专利]一种高效时域宽带波束形成电路及方法

权利要求书

1.一种高效时域宽带波束形成电路的工作方法，其特征在于，包括N个通道延时和均衡模块、1个数据合成模块以及1个数字低通滤波和通道均衡器系数计算模块，所述N个通道延时和均衡模块均与数据合成模块相连，将处理后的数据传输给数据合成模块，每个通道延时和均衡模块均包括依次相连的可变整数/分数延时模块、数字下变频模块、数字低通滤波和通道均衡一体化模块，可变整数/分数延时模块将延时后的数据传输给数字下变频模块，数字下变频模块将正交基带数据传输给数字低通滤波和通道均衡一体化模块，其中，数字下变频模块还将数据传输给数字低通滤波和通道均衡器系数计算模块，数字低通滤波和通道均衡器系数计算模块将计算出的滤波器系数传输给数字低通滤波和通道均衡一体化模块；

所述方法包括三种工作模式，分别为：初始化模式、通道均衡模式和正常工作模式，其中初始化模式包括以下步骤：

步骤1、根据设定的延时精度和带宽内延时误差，确定Farrow滤波器的系数，置入可变整数/分数延时模块的可变分数延时Farrow滤波器的固定系数；

步骤2、将数字低通滤波和通道均衡一体化模块的可变FIR滤波器系数置为P阶数字低通滤波器的系数；

步骤3、将可变整数/分数延时模块的时钟周期整数倍和分数倍延时置为0；

通道均衡模式包括以下执行步骤：

步骤A、数字低通滤波和通道均衡器系数计算模块根据各通道数字下变频模块的输出数据，采用频域通道均衡方法计算各通道的均衡器幅相特性；

步骤B、数字低通滤波和通道均衡器系数计算模块将步骤A得到的各通道均衡器幅相特性与理想的数字低通滤波器的幅相特性相乘得到各通道的联合幅相特性，分别优化各通道的P阶数字低通滤波器系数逼近各自的联合幅相特性；

步骤C、将各通道数字低通滤波和通道均衡一体化模块的可变系数FIR滤波器的系数置为相应的P阶优化系数；

正常工作模式包括以下执行步骤：

步骤a、根据波束指向方向变化的要求计算各个通道延时值，折算成时钟周期整数倍和分数倍延时，并实时调整；

步骤b、根据上述结果中的时钟周期整数倍和分数倍延时结果实时设置各通道可变整数/分数延时模块的时钟周期整数倍和分数倍延时；

步骤c、整个电路各模块采用并行流水结构工作，即数据先经过可变整数/分数延时模块延时相应的时钟周期；延时后的数据再进入数字下变频模块，变成基带正交的I/Q数据；基带正交的I/Q数据通过数字低通滤波和通道均衡一体化模块，得到低数据率的宽带波束形成数据；宽带波束形成数据进入数据合成模块，输出波束。

2.根据权利要求1所述的高效时域宽带波束形成电路的工作方法，其特征在于，所述可变整数/分数延时模块包括依次相连的整数延时单元和分数延时单元，其中整数延时单元采用FIFO结构实现可变的时钟周期整数倍延时，分数延时单元采用Farrow滤波器实现可变的时钟周期分数倍延时。

3.根据权利要求1所述的高效时域宽带波束形成电路的工作方法，其特征在于，所述数字低通滤波和通道均衡一体化模块采用可变系数FIR滤波器，用于实现低通滤波抽取和通道均衡。

4.根据权利要求2所述的高效时域宽带波束形成电路的工作方法，其特征在于，所述可变整数/分数延时模块用于将各通道数据写入各自的FIFO中缓存，通过控制FIFO结构输出端读取数据的时钟周期延时量来实现可变的时钟周期整数倍延时；该模块根据延时精度和带宽内的延时误差要求，优化Farrow滤波器结构及其相关系数，使用过程中通过调整Farrow滤波器的分数延时参数来实现可变的时钟周期分数倍延时。

5.根据权利要求1所述的高效时域宽带波束形成电路的工作方法，其特征在于，数字下变频模块通过下述方式实现：当采样频率f_s和信号中心频率f₀满足f_s＝4f₀或者3f_s＝4f₀时，正交下变频本振序列仅需要周期性的选取-1、0、1三个值，即对原始数据进行周期性地取原值、取零、取反的操作，即可实现数字下变频功能。