[发明专利]一种基于宽带波束形成的超短波数字接收系统及方法

说明书

本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种基于宽带波束形成的超短波数字接收系统及方法，包括数据采集模块、信号处理模块、系统时钟模块以及电源模块；所述数据采集模块包括阵列天线以及模数转换模块；所述信号处理模块包括移相器、整数时延模块、分数时延模块、子阵波束输出模块以及总波束输出模块。本发明通过高精度数字时延和子阵级波束形成相结合，实现了基于宽带波束形成的超短波数字接收系统。采用分数阶滤波器进行时延补偿，实现了对接收信号精确时延补偿；采用子阵级波束形成将阵列天线均分为若干份，降低了实现成本；同时子阵级波束形成与数字时延相结合，既能减少数字时延单元，又降低了分数时延实现的难度。

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种基于宽带波束形成的超短波数字接收系统及方法。

背景技术

数字波束形成(DBF)是通过对阵列接收信号进行加权，并利用权值调整来实现信号有效接收的数字信号处理技术。早期的数字波束形成研究主要是针对窄带信号，但随着阵列信号处理技术在雷达信号、地震信号、声呐信号等宽带信号领域的应用，传统窄带波束形成算法因在波束指向、主瓣宽度的偏差已经不再适用。因此，如何进行灵活、高效的宽带信号的波束形成成为无线通信研究的一个热点。

宽带波束形成与窄带的不同在于其导向矢量除了受信号入射方向影响之外，还受信号频率变化的影响。为解决此问题，对每个支路进行时延补偿使得各支路同时接收到信号的同一波面，从而消除频率变化对导向矢量的影响。目前较为成熟的是通过数字延迟线实现时延补偿，但是该方法只能实现采样间隔整数倍的延迟，因此当采样率较低时会引起波束图的畸变。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种基于宽带波束形成的超短波数字接收系统及方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种基于宽带波束形成的超短波数字接收系统，包括数据采集模块、信号处理模块、系统时钟模块以及电源模块；

所述数据采集模块包括阵列天线以及模数转换模块；

所述信号处理模块包括移相器、整数时延模块、分数时延模块、子阵波束输出模块以及总波束输出模块；

所述阵列天线包括若干个子阵；每个子阵包括若干个阵元；所述阵元用于接收天线信号；所述模数转换模块用于将阵元采集的天线信号进行模数转换后传送给移相器；

所述整数时延模块用于对经移相器的数据进行整数倍补偿；所述分数时延模块用于对经整数时延模块的数据的时延小数部分进行补偿；所述子阵波束输出模块用于对每个子阵中所有阵元经过移相器、整数倍补偿以及时延模块后的数据进行波束合成；所述总波束输出模块用于对所有的子阵经过后子阵波束输出模块的波束进行波束合成；

所述系统时钟模块用于为整个系统提供时钟源；所述电源模块用于为整个系统提供电源供给。

本发明进一步设置为，所述整数时延模块采用滤波器完成采样间隔整数倍补偿。

本发明进一步设置为，所述分数时延模块采用分数阶滤波器对时延小数部分进行补偿。

一种基于宽带波束形成的超短波数字接收方法，包括数据采集模块以及信号处理模块；所述数据采集模块包括阵列天线以及模数转换模块；所述阵列天线包括均分为N个邻接的子阵，每个子阵有M个阵元，阵元间距为d；

所述基于宽带波束形成的超短波数字接收方法包括以下步骤：

信号的采集：采用阵元对天线信号进行采集；

数据的转换：采用模数转换模块对阵元采集的天线信号在KT_s进行采样并且模数转换后得到[x₀(kTs),x₁(kTs),…,x_M-1(kTs)]^T；其中K为系数，T_s为系数采集间隔；