[发明专利]一种宽带数字波束形成方法

摘要

本发明公开了一种宽带数字波束形成方法。该方法包括时分复用中频正交采样、正交解调、低通滤波、内插延时与相位旋转以及波束求和等步骤。本发明的波束形成方法着重于用单个采样电路对多路带通信号进行时分复用中频正交采样，用FIR滤波器一次性完成与信号匹配的低通滤波、内插延时和相位旋转，实现真正的延时波束形成。在滤波的执行方式上，公开了一种级联结构的多通道滤波器，同一通道信号的滤波在不同的子滤波模块中级联完成，不同通道信号共享同一滤波模块，滤波输出的同时完成样本抽取，适合于在ASIC或FPGA中实现，较传统滤波器节省大量逻辑资源。

主权项

1.一种宽带数字波束形成方法，其特征在于包括如下步骤：1)对N路接收阵元的带通信号xi(t)＝Ii(t)cos(ωct)-Qi(t)sin(ωct)进行前置放大和抗混叠滤波等信号调理，式中Ii(t)和Qi(t)分别为带通信号xi(t)的基带同相和正交信号；2)用单个采样电路和ADC器件对经过调理后的N路信号进行时分复用中频正交采样、模/数转换，然后进行正交解调，合成一路数字信号，每路信号的采样输出为{Ii，-Qi，-Ii，Qi，Ii…}或{Ii，Qi，-Ii，-Qi，Ii…}序列；3)对步骤2)输出的序列进行周期性符号反转，使之补偿成为{Ii，Qi，Ii，Qi，Ii…}序列；4)把从步骤3)输出的已经合成为一路数据流的各路信号同时输入级联结构的多通道FIR滤波器I和滤波器Q，分别进行同相和正交分量的滤波，一次性完成与信号匹配的低通滤波、内插延时和相位旋转，滤波输出的同时完成样本抽取，每路信号的延时不仅要补偿波束到达各个接收阵元产生的相对延时，还要补偿因对每个接收阵元在不同时刻采样所引入的额外相对延时，滤波器I和滤波器Q的每个通道滤波系数由内插系数$a_i^T=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{i1}& a_{i2}& ···& a_{\mathrm{iL}}\end{array}\right],$ b_i^T=\left[\begin{array}{cccc}{b}_{i1}& b_{i2}& ···& b_{\mathrm{iL}}\end{array}\right]和相位旋转系数合成，滤波器I、Q的系数vi\; T、wi\; T以及滤波器I、Q的输出IDi(nTO)、QDi(nTO)分别为：$ v_i^T=[\cos \left({\omega }_c{\tau }_i\right)a_{i1},\sin \left({\omega }_c{\tau }_i\right)b_{i1},\cos \left({\omega }_c{\tau }_i\right)a_{i2}.........\cos \left({\omega }_c{\tau }_i\right)a_{\mathrm{iL}},\sin \left({\omega }_c{\tau }_i\right)b_{\mathrm{iL}}]$ w_i^T=[-\sin \left({\omega }_c{\tau }_i\right)a_{i1},\cos \left({\omega }_c{\tau }_i\right)b_{i1},-\sin \left({\omega }_c{\tau }_i\right)a_{i2}.........-\sin \left({\omega }_c{\tau }_i\right)a_{\mathrm{iL}},\cos \left({\omega }_c{\tau }_i\right)b_{\mathrm{iL}}]$ I_{\mathrm{Di}}\left(n{T}_O\right)=V_i^T{x}_i$ Q_{\mathrm{Di}}\left(n{T}_O\right)=w_i^T{x}_i其中xi是第i路信号序列，\tau i是该路信号的延时，TO是复包络信号的输出周期，IDi(t)和QDi(t)分别是延时至波前对齐的基带复包络信号的同相和正交分量，ai\; T和bi\; T分别是同相分量和正交分量的延时内插系数组，该系数是补零内插方法的低通滤波系数中对应某一内插点的系数组；5)对从步骤4)输出的经过延时补偿至波前对齐的N路基带复包络信号进行波束求和，序列输出基带上波束形成的结果。$$$$$$