[发明专利]基于数字延时和相位补偿的发射数字波束形成方法

摘要

本发明公开了一种基于数字延时和相位补偿的数字发射波束形成方法，在FPGA中利用双累加器和CORDIC算法设计第一DDS，得到模拟的第一中频信号；在FPGA中采用多相处理技术设计第二DDS，利用两个双累加器和CORDIC算法，得到第二中频信号的数字基带信号，插值滤波数字上变频后得到模拟的第二中频信号；设计分数延时滤波器和整数延时滤波器，分四相实现数字延时滤波器；利用外输的基准时钟信号、捷变频本振信号产生第一、第二本振信号，混频滤波产生射频信号；射频信号放大后通过天线阵列发射，在空间完成波束合成。本发明利用多个DDS组合产生窄带信号和宽带信号，利用相位控制和连续可变的数字延时，实现窄带信号、宽带信号的发射波束形成。

主权项

基于数字延时和相位补偿的发射数字波束形成方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1、设计第一DDS，产生第一中频信号，第一中频信号为单载频信号或窄带线性调频信号，具体包括：(1a)根据数字阵列雷达系统参数，在FPGA中利用双累加器产生第一中频信号的相位，并计算补偿频率和补偿相位；(1b)利用CORDIC算法对第一中频信号的相位进行相位幅度转换，输出得到数字化第一中频信号；(1c)将数字化第一中频信号经第一D/A器件进行数模转换，输出得到模拟化第一中频信号；步骤2、设计第二DDS，产生第二中频信号，第二中频信号为单载频信号或宽带LFM信号，具体包括：(2a)第二中频信号的数字基带信号分成两相，即为0相信号和1相信号；(2b)在FPGA中利用双累加器分别产生0相信号的相位和1相信号的相位；(2c)利用CORDIC算法，对0相信号的相位和1相信号的相位进行相位幅度转换，输出得到第二中频信号的数字基带信号；(2d)对第二中频信号的数字基带信号进行插值，并将插值结果送数字延时滤波器进行滤波；(2e)数字延时滤波器的输出送入数字上变频模块，取数字上变频模块输出的实部，再送入第二D/A器件进行数模转换，输出得到模拟化第二中频信号；步骤3、设计步骤(2d)所述的数字延时滤波器，数字延时滤波器包括分数延时滤波器和整数延时滤波器，具体为：(3a)根据天线阵列的几何结构确定雷达每个单元相对于参考单元的延时量，并分解为整数延时量和分数延时量；(3b)设计Farrow结构的分数延时滤波器，具体为：分数延时滤波器的频率响应为：H(ejw)=Σl=0Le-jwDlΣk=0Nlcl,kμle-jwk]]>式中，e表示自然对数；j是虚数单位，w是数字角频率；L是多项式拟合阶数；N＝max(Nl),l＝0,1,…,L，Nl是第l个子滤波器的阶数；cl,k是第l个子滤波器的第k个系数，k＝0,1，…，Nl；μ是分数延时量；运用最大最小准则，计算系数cl,k，使得误差ε达到最小，ϵ=maxw∈Ω|Σl=0Le-jwDlΣk=0Nlcl,kμle-jwk-e-jw(μ+N2)|]]>式中，Ω表示分数滤波器在数字频率[0，π]范围内各频带区间构成的集合；(3c)设计整数延时滤波器，即利用FPGA中的寄存器实现整数延时量的延时；(3d)将分数延时滤波器和整数延时滤波器组合，分四相实现数字延时滤波器；步骤4、产生本振信号，具体包括：(4a)利用外部输入的基准时钟信号，通过倍频器产生第二本振信号；(4b)利用外部输入的捷变频本振信号与第二中频信号混频滤波产生第一本振信号，其中，窄带信号工作时第二中频信号为单载频信号，宽带信号工作时第二中频信号为宽带LFM信号；步骤5、信号的变频放大和辐射，具体包括：(5a)将第一中频信号先与第二本振信号混频滤波后，再与第一本振信号混频滤波，产生射频信号，其中，窄带信号工作时第一中频信号为窄带LFM信号，宽带信号工作时第一中频信号为单载频信号；(5b)对射频信号进行功率放大，并通过天线阵列发射；步骤6、天线阵列发射的信号在空间完成波束合成，形成发射数字波束。