[发明专利]一种数字相控阵天线的波束合成方法

说明书

本发明公开了一种数字相控阵天线的波束合成方法，主要解决传统的数字相控阵天线波束合成方法消耗资源大的问题。其实现步骤是：(1)线阵接收到的信号经过射频前端后，再经过ADC采样成为数字信号；(2)该数字信号经过正交下变频成为复信号；(3)计算相控阵权矢量；(4)对阵列接收复信号进行加权求和；(5)设计一个实系数低通滤波器；(6)对加权求和输出信号进行低通滤波，即同时完成信道化滤波和正交化滤波。本发明在保证原有的滤波器性能不变的情况下，减少滤波器的数量，在工程实现中节约了FPGA中的DSP资源，可用于数字相控阵天线领域。

技术领域

本发明涉及到数字相控阵天线领域，具体涉及到一种数字相控阵天线的波束合成方法。

背景技术

相控阵天线通过对接收信号进行加权处理，而让阵列天线所产生的波束的主瓣指向期望的来波方向。当接收的信号经过射频前端进入处理模块时，首先通过ADC将模拟信号转为数字信号，然后再完成波束合成部分，这就是数字波束合成(DBF)。参阅附图2，目前传统的数字波束合成方法都是将信号通过信道化滤波、正交下变频、正交化滤波、加权以及合并这几个步骤从而完成波束合成。

由于这类方法需要高速并且大量地处理数字信号，所以工程应用中基本都会采用FPGA来完成处理，方法中的滤波器结构则需要使用到FPGA中的DSP结构。对于滤波器而言，带外抑制越高，过渡带越窄，滤波器的性能越好，滤波器的阶数也就越高，所需要的DSP结构数量也就越多。即使FPGA有着高速时钟和丰富的逻辑门阵列资源，它的DSP资源依然非常有限。因此，减少滤波器结构以节约DSP资源成为这类方法的一个重要意义。

本发明采用滤波器后置的方法。首先是将信道化滤波与正交化滤波的滤波器合二为一，直接使用一个带外抑制很高的低通滤波器来替代。然后将该滤波器置于加权以及合并这个步骤以后，这样就只需要对一路信号进行滤波，而不需要像传统的方式一样对各个阵元的信号都进行滤波。这种方式能够在保证滤波器的带外抑制以及过渡带狭窄的情况下大量地节约FPGA中的DSP资源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在数字相控阵天线波束合成中，传统的数字波束合成方法资源消耗太大。

解决上述问题的方法是一种数字相控阵天线的波束合成方法，其实现步骤是：

(1)接收数字相控阵天线是一个阵元数量为L的线阵，阵元之间距离为d，其中L为大于2的正整数，d等于信号载波波长的一半；第l个阵元接收的模拟中频信号为s_l(t)，中频载波频率为f_IF，信号带宽为BW，该信号经过采样周期为T_s的ADC转换为数字信号s_l(n)，其中，n表示采样序号，l＝1,...,L；

(2)在数字域产生复数本振信号x(n)＝x_r(n)+jx_i(n)，其中实部信号为x_r(n)＝cos(2πf_IFnT_s)，虚部信号为x_i(n)＝sin(2πf_IFnT_s)，j表示虚数单位；本振信号与第l个阵元接收中频数字信号进行相乘，得到第l路的输出复信号y_l(n)＝y_lr(n)+jy_li(n)＝x(n)s_l(n)，其中y_lr(n)表示实部，y_li(n)表示虚部；

(3)根据相控阵天线波束指向角度θ₀，计算第l个阵元通道对应的复数权值w_l(θ₀)＝w_lr(θ₀)+jw_li(θ₀)，其中w_lr(θ₀)表示权值的实部，w_li(θ₀)表示权值的虚部；