[发明专利]一种宽带时域数字波束形成方法

摘要

本发明公开了一种宽带时域数字波束形成方法。该方法包括时分复用带通采样、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FIR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，较传统滤波器执行节省大量逻辑资源。

主权项

1.一种宽带时域数字波束形成方法，其特征在于包括如下步骤：1)对P×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，其中Ii(t)和Qi(t)分别为带通信号xi(t)的基带同相和正交信号，P，N＝1，2，3…；2)将每N路信号基于时分复用的法则混叠成一路信号，采用P个采样电路，每个采样电路对经过调理后的N路信号进行时分复用带通采样，使得每路信号的采样输出为{Ii，-Qi，-Ii，Qi，Ii…}或{Ii，Qi，-Ii，-Qi，Ii…}序列，各采样电路的输出形成P组数据流；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)对于选取的波束方向，确定各路信号波前对齐所需要的延时；5)把从步骤3)输出的包含N路信号的每一组数据流分别输入到单个级联结构多通道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，输出各路信号经延时补偿至波前对齐的基带复包络同相和正交分量，同时完成样本抽取，滤波器系数由信号匹配低通滤波系数、对应信号同相和正交分量的两组内插系数$a_i^T=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{i1}& a_{i2}& ···& a_{\mathrm{iL}}\end{array}\right]和$ b_i^T=\left[\begin{array}{cccc}{b}_{i1}& b_{i2}& ···& b_{\mathrm{iL}}\end{array}\right]以及相位旋转系数合成，内插系数由补零内插波束形成方法中获取各路信号对应延时内插点的低通滤波系数确定，产生各路信号延时至波前对齐的基带同相和正交输出的滤波系数vi\; T、wi\; T以及相应的输出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采样周期；6)对从步骤5)中P个滤波器输出的经过延时补偿至波前对齐的P\times N路基带复包络信号进行波束求和，序列输出基带上选定方向波束形成的结果；7)对所有选定的波束方向执行步骤4)到步骤6)，序列输出基带上各方向波束形成的结果。$$$$$$