[发明专利]一种变换点数优化设计的傅里叶多波束形成方法

说明书

本发明公开了一种变换点数优化设计的傅里叶多波束形成方法，通过对傅里叶变换点数的优化设计，可保证相邻波束交叠符合期望的情况下，减少感兴趣空域全覆盖时所需的波束数目。本发明公开的基于变换点数优化设计的数字多波束形成方法可有效解决传统接收多波束系统中采用粗放式设计带来的波束数目增加、检测消耗资源增多、融合处理压力增大等问题，可降低波束信号检测、波束信息融合等处理的资源消耗和复杂度。

技术领域

本发明属于数字波束形成处理领域，涉及基于傅里叶变换的数字多波束形成处理。

背景技术

数字阵列的一个重要优势就是电扫能力，主要表现在灵活地波束指向控制和同时多波束形成处理。接收同时多波束能够极大提升数字阵列的系统功能，包括瞬时覆盖宽空域、降低扫描时间以及提高数据更新速率。对阵列回波信号作离散傅里叶变换(DFT，Discrete Fourier Transformation)处理可形成同时多波束。在FPGA等数字信号处理芯片中，为了能够使用快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)降低傅里叶变换的实现复杂度，传统实现时常采用补零的方法使变换点数满足2的整数次幂。但是，通过补零增加傅里叶变换的点数会带来波束变密、波束数目增加的问题，波束变密会导致同一回波产生多个过门限波束，导致目标分裂，给后续融合等处理带来压力，而波束数目增加会相应的增加波束信号检测处理模块的数量以及处理资源的占用，这往往是实现多波束接收处理的瓶颈。随着傅里叶变换算法及其实现方法的不断进步，除常规的基2、基4傅里叶快速变换方法，其它的快速变换方法，例如混合基算法、素因子算法，以及适合小点数变换的WFTA算法也比较成熟，变换点数对实现的限制逐渐减弱，在文献《高速3780点FFT处理器的设计与实现》(电视技术，2012，36(5))中，就充分利用了素因子算法、混合基算法和WFTA算法来实现3780点傅里叶变换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变换点数优化设计的傅里叶多波束形成方法，通过傅里叶变换点数的优化设计，有效解决传统接收多波束系统中采用粗放式设计带来的波束数目增加、检测消耗资源增多、融合处理压力增大等问题。

本发明提出的一种变换点数优化设计的傅里叶多波束形成方法，步骤如下：

步骤(1)：根据阵列回波数目、波束交叠大小，计算出傅里叶变换初步点数N：

步骤(2)：根据副瓣电平抑制要求和所使用窗函数的主瓣展宽系数K，对傅里叶变换点数进行优化为N₀：

步骤(3)：根据实际获得的傅里叶变换点数选择合适的傅里叶变换实现方法，变换点数N₀满足2的整数幂次时，采用基2FFT算法实现DFT；变换点数N₀是非基2时，选择混合基算法、素因子算法、WFTA算法实现傅里叶变换。

采用上述技术方案带来的有益效果是：

经过上述傅里叶变换点数的优化设计，可以减小傅里叶变换点数，并在保证相邻波束交叠符合期望的情况下，使用最少的波束实现感兴趣空域的全覆盖，可降低后续信号检测、波束信息融合等处理的复杂度和资源消耗。

附图说明

图1所示为本发明变换点数优化设计的傅里叶多波束形成方法流程框图，主要包括变换点数初步计算模块1、变换点数优化模块2和傅里叶变换模块3，变换点数初步计算模块1的输入是阵列回波数目M和波束交叠期望值L，其输出为傅里叶变换初步点数N；变换点数优化模块2的输入是初步点数N和窗函数的主瓣展宽特性K，其输出为优化点数N₀；傅里叶变换模块3的输入是M路阵列回波和优化点数N₀，其输出为形成的多波束。