專利名稱：：一種寬帶數(shù)字波束形成方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及雷達、聲納及無線通信領域，特別涉及寬帶數(shù)字波束形成方法。
背景技術：
：波束形成是廣泛應用于雷達、聲納、通信、航天等領域的一項技術。波束形成器通常與聲納發(fā)射或接收陣列協(xié)同工作，同樣它也可以與電磁波發(fā)射或接收陣列協(xié)同工作。為了讓傳感器陣列指向一個或多個特定的方向，加強從某個或多個方向的信號，基本的波束形成方法是對每一路陣元接收的信號按該波束方向進行延時，然后再把補償至同相位的各路信號相加，得到指向該方向的波束輸出(參見圖1)。近年來，現(xiàn)代聲定位、高速水聲通訊以及聲成像等
技術領域：
為了得到更高的性能，普遍采用寬帶信號機制。用簡單的相移法對寬帶信號進行波束形成是不適用的，在時域可以采用延時的方法來處理，在頻域主要應用寬帶信號的FFT方法來實現(xiàn)多波束輸出。本發(fā)明涉及的主要是用時域的延時方法來進行接收波束形成。一個多波束形成系統(tǒng)往往需要承擔巨大的運算量，對計算速度和計算并行度提出了很高的要求。對于多波束形成技術的實現(xiàn)，一個關鍵的技術問題就是希望能夠?qū)⒉ㄊ_地定向在期望的方向上，同時又希望輸入信號的采樣率不致過高，以減輕軟、硬件的壓力。在數(shù)字系統(tǒng)中，常規(guī)的"延時求和"的波束形成方法通過樣本序列的移位相加實現(xiàn)，而延時的精度與數(shù)據(jù)采樣率成正比。為了得到較高的波束定向精度和良好的波束形成性能需要對陣元序列進行精確的延時控制，因此需要很高的采樣頻率，同時也大大增加了波束形成的計算量。隨著信號頻率的提高和陣列規(guī)模的擴大，波束形成系統(tǒng)的復雜度(包括數(shù)據(jù)存儲、傳輸及運算速率等)將急劇上升，這是制約數(shù)字波束形成系統(tǒng)實現(xiàn)的主要障礙。針對以上矛盾，發(fā)展了內(nèi)插波束形成方法，這種方法雖然可以降低對采樣速率的要求，但代價是增加了補零內(nèi)插的操作，增加了額外的運算量。這種波束形成器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，先對各路陣元信號的相鄰兩采樣點之間等間隔插入(D-l)個零值點，然后各自通過進行低通濾波，得到一個采樣頻率更高的信號，以上兩步執(zhí)行了內(nèi)插增速采樣。然后根據(jù)波束方向?qū)?nèi)插后的各路信號進行相應的"延時求和"，此時的延時會比利用原始信號更精確，因為現(xiàn)在的最小延時單位是采樣周期的1/D。目前在波束形成系統(tǒng)中一種比較常用的方法是正交采樣波束形成，包括四個基本的步驟1)正交采樣過程將帶通波形變換到復基帶，得到復包絡信號；2)時延復包絡信號，補償各路復包絡信號的相對延時；3)相位旋轉(zhuǎn)對不同延時，補償頻譜搬移(正交采樣)所產(chǎn)生的相位偏差;4)迭加各通道信號，得到復包絡波束輸出。這一波束形成方法可以將帶通信號變換到基帶進行處理，由于復基帶信號的奈奎斯特頻率等于信號的帶寬，對于信號中心頻率與帶寬之比較大的系統(tǒng)，可以顯著降低波束形成系統(tǒng)的采樣頻率和運算量。對于步驟2中的延時可以采用前述補零內(nèi)插的方法來處理。在當今大多數(shù)聲納系統(tǒng)當中，載波頻率一般在幾千赫茲到幾百千赫茲，而ADC器件的工作頻率能達到幾十兆赫茲，因此在波束形成器中可以采用時分復用采樣的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的寬帶數(shù)字波束形成方法是針對聲納系統(tǒng)的應用環(huán)境描述的，但其原理在雷達系統(tǒng)中亦是相通的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種寬帶數(shù)字波束形成方法。一種寬帶數(shù)字波束形成方法包括如下步驟1)對N路接收陣元的帶通信號x,W^(/)cos(o^)-Q(Z)sin(c^)進行前置放大和抗混疊濾波等信號調(diào)理，式中/,切和Q(0分別為帶通信號x,切的基帶同相和正交信號；2)用單個采樣電路和ADC器件對經(jīng)過調(diào)理后的N路信號進行時分復用中頻正交采樣、模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進行正交解調(diào)，合成一路數(shù)字信號，每路信號的采樣輸出為ft,-2,，-ii,e,，V"l或"，0，-1"-2,，1廣'}序列；3)對步驟2)輸出的序列進行周期性符號反轉(zhuǎn)，使之補償成為"必Ii，2，Ii}序列；4)把從步驟3)輸出的已經(jīng)合成為一路數(shù)據(jù)流的各路信號同時輸入級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道FIR濾波器I和濾波器Q，分別進行同相和正交分量的濾波，一次性完成與信號匹配的低通濾波、內(nèi)插延時和相位旋轉(zhuǎn)，濾波輸出的同時完成樣本抽取，每路信號的延時不僅要補償波束到達各個接收陣元產(chǎn)生的相對延時，還要補償因?qū)γ總€接收陣元在不同時刻采樣所引入的額外相對延時，濾波器I和濾波器Q的每個通道濾波系數(shù)由內(nèi)插系數(shù)《^fl,^。…。,J、時=[^6,,—^]和相位旋轉(zhuǎn)系數(shù)合成，濾波器I、Q的系數(shù)《、w〖以及濾波器l、Q的輸出/a("r。)、2Di("r。)分別為-v〖=[cos(<ycri，sin(oc7i)6n，cos(<ycri)a,.2.........cos(<ycs,sin(6^]w=[—sin(c^ri，cos(fi^)6,.,，—sin(<ycri)ai2.........—sii^fi^)a化,cos(ocz"i)6仏]々,("。=《、&,(《)=w'rx,.其中x,是第i路信號序列，ri是該路信號的延時，r。是復包絡信號的輸出周期，/D,(/)和gz^)分別是延時至波前對齊的基帶復包絡信號的同相和正交分量，a『和b〖分別是同相分量和正交分量的延時內(nèi)插系數(shù)組，該系數(shù)是補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中對應某一內(nèi)插點的系數(shù)組；5)對從步驟4)輸出的經(jīng)過延時補償至波前對齊的N路基帶復包絡信號進行波束求和，序列輸出基帶上波束形成的結(jié)果。所述的時分復用中頻正交采樣在符合帶通信號采樣準則的前提下設置采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4iV+1)倍或者4iV/(#+3)倍，其中it=0,l,2...，等效為每路信號的采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4/(4;fc+l)倍或者4/(#+3)倍，其中*=0,1,2."，每路信號的采樣輸出為(Ii,-2,，-Ii，G，I廣〗或(Ii必-Ii廣0,I廣.》序列。所述的級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道FIR濾波器I和濾波器Q:由信號重組模塊和若干個子濾波模塊組成，每個子濾波模塊階數(shù)為2M，分別對每路信號完成2M階的濾波計算，濾波器輸出信號的采樣頻率等于原始信號采樣頻率的1/2M，按照原始信號的采樣頻率和降采樣后所需的采樣頻率來確定子濾波器模塊的階數(shù)，子濾波模塊個數(shù)由所需的濾波階數(shù)和子濾波模塊的階數(shù)共同確定，濾波過程中采樣信號從第一級子濾波模塊依次流向最后一級子濾波模塊，子濾波模塊對每一個通道的濾波計算則從最后一級子濾波模塊開始，并把每一個通道的濾波結(jié)果依次往前一級子濾波模塊傳遞，在后一級子濾波模塊輸出某一通道信號的濾波結(jié)果到前一級子濾波模塊之后，前一級子濾波模塊開始該通道信號的濾波，最終在第一級子濾波模塊處完成整個濾波計算，輸出濾波結(jié)果。所述的信號重組模塊:把按采樣所得的信號排列順序轉(zhuǎn)換成2M個同一通道的信號連續(xù)排列的順序并依次輸出，重組后的采樣信號輸入到第一級子濾波模塊數(shù)據(jù)RAM的輸入端；所述的子濾波模塊包括一個存儲采樣信號的雙端口數(shù)據(jù)RAMv存儲系數(shù)的雙端口系數(shù)RAM、乘法器、加法器以及二路選擇器，乘法器的兩個輸入端連接數(shù)據(jù)RAM和系數(shù)RAM的輸出端，完成采樣信號和對應濾波系數(shù)的乘積，并把乘積結(jié)果輸出至加法器，乘法器的輸出端和二路選擇器的輸出端連接到加法器的兩個輸入端，加法器的輸出端同時連接到本級與前一級二路選擇器的輸入端，本級二路選擇器的兩個輸入端分別連接本級和后一級加法器的輸出端，最后一級二路選擇器的兩個輸入分別是本級加法器的輸出和常數(shù)零，加法器和二路選擇器協(xié)同工作，在每路通道信號濾波的第一個周期二路選擇器選通后一級加法器的輸出同本級乘法器的輸出相加，如此完成最后一級子濾波模塊至本級子濾波模塊濾波結(jié)果的累加，在剩余周期內(nèi)二路選擇器全部選通本級加法器的輸出同乘法器輸出進行相加。所述的數(shù)據(jù)RAM:被劃分為N個連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊連續(xù)存儲2M個同一通道的采樣信號,所有子濾波模塊數(shù)據(jù)RAM的初始讀取地址都為第1個數(shù)據(jù)塊的起始處地址，初始寫入地址都為第N個數(shù)據(jù)塊的起始處地址,讀取地址和寫入地址在數(shù)據(jù)RAM空間內(nèi)循環(huán)遞增，本級數(shù)據(jù)RAM的輸出端連接到本級乘法器的輸入端和后一級數(shù)據(jù)RAM的輸入端，第一級數(shù)據(jù)RAM的輸入端連接信號重組模塊的輸出端。所述的內(nèi)插系數(shù)的求取方法該系數(shù)是從補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中獲取的，內(nèi)插等價于對補零信號進行線性時不變?yōu)V波，通過內(nèi)插將一個序列轉(zhuǎn)換到一個較高的等效采樣頻率的內(nèi)插序列，進行D倍的補零內(nèi)插首先要在原始序列x(n)相鄰兩采樣點之間等間隔插入(D-l)個零值點，然后對補零后的序列xp(n)進行低通濾波，得到內(nèi)插序列XD(n):對應于某一個內(nèi)插點^(")的插值系數(shù)只要選擇計算該內(nèi)插點時原始信號所對應的低通濾波系數(shù)/K"-^)(-oo"<+oo)，即為對應該延時的一個內(nèi)插系數(shù)組，若設計該低通濾波系數(shù)的幅頻特性和復包絡信號匹配，則在內(nèi)插延時的同時完成了與信號匹配的低通濾波。另一種寬帶數(shù)字波束形成方法包括如下步驟1)對N路接收陣元的帶通信號;《:,(0=/,(0—力-Q(0sinK/)進行前置放大和抗混疊濾波等信號調(diào)理，式中/,(/)和QW分別為帶通信號《W的基帶同相和正交信號；2)用單個采樣電路和ADC器件對經(jīng)過調(diào)理后的N路信號進行時分復用中頻正交采樣、模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進行正交解調(diào)，合成一路數(shù)字信號，每路信號的采樣輸出為^，-2，-ii必i廣.l或"必-ii,-2,，1廣.}序列;3)對步驟2)輸出的序列進行周期性符號反轉(zhuǎn)，使之補償成為ft,0,ii，0,ii…1序列；4)把從步驟3)輸出的已經(jīng)合成為一路數(shù)據(jù)流的各路信號輸入級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道FIR濾波器I，進行同相分量的濾波，一次性完成與信號匹配的低通濾波、內(nèi)插延時、相位旋轉(zhuǎn)和帶通調(diào)制，濾波輸出的同時完成樣本抽取，每路信號的延時不僅要補償波束到達各個接收陣元產(chǎn)生的相對延時，還要補償因?qū)γ總€接收陣元在不同時刻采樣所引入的額外相對延時，濾波器I的每個通道濾波系數(shù)由內(nèi)插系數(shù)<=[%",2—&]、b;^[6,^?！?amp;]和相位旋轉(zhuǎn)系數(shù)合成，濾波器I的系數(shù)《以及濾波器I的輸出/。,.("r。)為v〖=[cos(cri,sin(<yc7"i)6n,cos(cJcri)a,.2.........cos(<yc7,)ayi，sin(cri)&仏]上式中x,是第i路信號序列，^是該路信號的延時，r。是通帶信號的輸出周期，^(0是延時至波前對齊的基帶復包絡信號的同相分量，a〖和b〖分別是同相分量和正交分量的延時內(nèi)插系數(shù)組，該系數(shù)是補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中對應某一內(nèi)插點的系數(shù)組；5)對從步驟4)輸出的經(jīng)過延時補償至波前對齊的N路帶通信號進行波束求和，序列輸出通帶上波束形成的結(jié)果。所述的時分復用中頻正交采樣在符合帶通信號采樣準則的前提下設置采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4iW(4"l)倍或者4iV/(4"3)倍，其中*=0,1,2...，等效為每路信號的采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4/(4A+l)倍或者4/(^+3)倍，其中*=0，1，2—，每路信號的采樣輸出為(Ii，-2,，-Ii，2,，I廣〗或(Ii，2,，-Ii廣e,，I廣〗序列。所述的級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道FIR濾波器I:由信號重組模塊和若干個子濾波模塊組成，每個子濾波模塊階數(shù)為4M，分別對每路信號完成4M階的濾波計算，濾波器輸出信號的采樣頻率等于原始信號采樣頻率的1/4M，按照原始信號的采樣頻率和降采樣后所需的采樣頻率來確定子濾波器模塊的階數(shù)，子濾波模塊個數(shù)由所需的濾波階數(shù)和子濾波模塊的階數(shù)共同確定，濾波過程中采樣信號從第一級子濾波模塊依次流向最后一級子濾波模塊，子濾波模塊對每一個通道的濾波計算則從最后一級子濾波模塊開始，并把每一個通道的濾波結(jié)果依次往前一級子濾波模塊傳遞，在后一級子濾波模塊輸出某一通道信號的濾波結(jié)果到前一級子濾波模塊之后，前一級子濾波模塊開始該通道信號的濾波，最終在第一級子濾波模塊處完成整個濾波計算，輸出濾波結(jié)果。所述的信號重組模塊:把按采樣所得的信號排列順序轉(zhuǎn)換成4M個同一通道的信號連續(xù)排列的順序并依次輸出，重組后的采樣信號輸入到第一級子濾波模塊數(shù)據(jù)RAM的輸入端。所述的子濾波模塊包括一個存儲采樣信號的雙端口數(shù)據(jù)RAM、存儲系數(shù)的雙端口系數(shù)RAM、乘法器、加法器以及二路選擇器。乘法器的兩個輸入端連接數(shù)據(jù)RAM和系數(shù)RAM的輸出端，完成采樣信號和對應濾波系數(shù)的乘積，并把乘積結(jié)果輸出至加法器，乘法器的輸出端和二路選擇器的輸出端連接到加法器的兩個輸入端，加法器的輸出端同時連接到本級與前一級二路選擇器的輸入端，本級二路選擇器的兩個輸入端分別連接本級和后一級加法器的輸出端，最后一級二路選擇器的兩個輸入分別是本級加法器的輸出和常數(shù)零，加法器和二路選擇器協(xié)同工作，在每路通道信號濾波的第一個周期二路選擇器選通后一級加法器的輸出同本級乘法器的輸出相加，如此完成最后一級子濾波模塊至本級子濾波模塊濾波結(jié)果的累加，在剩余周期內(nèi)二路選擇器全部選通本級加法器的輸出同乘法器輸出進行相加；所述的數(shù)據(jù)RAM:被劃分為N個連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊連續(xù)存儲2M個同一通道的采樣信號,所有子濾波模塊數(shù)據(jù)RAM的初始讀取地址都為第1個數(shù)據(jù)塊的起始處地址，初始寫入地址都為第N個數(shù)據(jù)塊的起始處地址，讀取地址和寫入地址在數(shù)據(jù)RAM空間內(nèi)循環(huán)遞增，本級數(shù)據(jù)RAM的輸出端連接到本級乘法器的輸入端和后一級數(shù)據(jù)RAM的輸入端，第一級數(shù)據(jù)RAM的輸入端連接信號重組模塊的輸出端。所述的內(nèi)插系數(shù)的求取方法該系數(shù)是從補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中獲取的。內(nèi)插等價于對補零信號進行線性時不變?yōu)V波，通過內(nèi)插將一個序列轉(zhuǎn)換到一個較高的等效采樣頻率的內(nèi)插序列,進行D倍的補零內(nèi)插首先要在原始序列x(n)相鄰兩采樣點之間等間隔插入(D-l)個零值點，然后對補零后的序列Xp(n)進行低通濾波，得到內(nèi)插序列Xd(I1):A=~oo/"=~00r=—對應于某一個特定內(nèi)插點的插值系數(shù)只要選擇計算該內(nèi)插點時原始信號所對應的低通濾波系數(shù)&("-^)(^0"<+00)，即為對應該延時的一個內(nèi)插系數(shù)組，若設計該低通濾波系數(shù)的幅頻特性和復包絡信號匹配，則在內(nèi)插延時的同時完成了與信號匹配的低通濾波。本發(fā)明的波束形成方法著重于用單個采樣電路對多路帶通信號進行時分復用中頻正交采樣，用FIR濾波器一次性完成與信號匹配的低通濾波、內(nèi)插延時和相位旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)真正的延時波束形成。在濾波的執(zhí)行方式上，公開了一種級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道濾波器，同一通道信號的濾波在不同的子濾波模塊中級聯(lián)完成，不同通道信號共享同一濾波模塊，濾波輸出的同時完成樣本抽取，適合于在ASIC或FPGA中實現(xiàn)，較傳統(tǒng)濾波器節(jié)省大量邏輯資源。圖1是"延時求和"波束形成原理示意圖2是內(nèi)插延時的波束形成器結(jié)構(gòu)示意圖3(a)是補零內(nèi)插方法中原始信號的頻譜示意圖3(b)是補零內(nèi)插方法中補零信號的頻譜示意圖；圖3(C)是補零內(nèi)插方法中內(nèi)插信號的頻譜示意圖4是本發(fā)明的原理示意圖由信號調(diào)理、時分復用中頻正交采樣、低通濾波、內(nèi)插延時與相位旋轉(zhuǎn)以及波束求和等步驟組成；圖5是級聯(lián)的多通道濾波器結(jié)構(gòu)框圖6是信號重組前后的信號排列方式示意圖7是子濾波模塊結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流示意圖8(a)是本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的波束形成流程圖8(b)是本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的波束形成流程圖。具體實施例方式本發(fā)明在前述正交采樣波束形成的基礎上，結(jié)合時分復用中頻正交采樣、復解調(diào)以及內(nèi)插延時等方法對帶通信號進行波束形成，提出了具有以下特點的波束形成方法1、用單個采樣電路對多路帶通信號進行時分復用中頻正交采樣，設置合適的采樣頻率使得在采樣后能方便地進行復解調(diào)。2、采用FIR濾波器一次性完成與信號匹配的低通濾波、內(nèi)插延時和相位旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)真正的延時波束形成。3、內(nèi)插延時的內(nèi)插系數(shù)從補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中獲取。4、提出了一種級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道濾波器，同一通道信號的濾波在不同的子濾波模塊中級聯(lián)完成，不同通道信號共享同一濾波模塊，濾波輸出的同時完成樣本抽取。圖8(a)和圖8(b)示出了本發(fā)明的兩個聲納波束形成優(yōu)選實施例，該例中具有50個接收陣元，接收的水聲信號為150KHz—200KHz的帶通信號(中心頻率為175KHz，解調(diào)后基帶帶寬25KHz)，輸出基帶波束形成結(jié)果的寬帶波束形成方法具體步驟如下所述一種寬帶數(shù)字波束形成方法包括如下步驟-1)對N路接收陣元的帶通信號JC^X(0cos((y力-2々)sin(a)力進行前置放大和抗混疊濾波等信號調(diào)理，式中/,切和2,W分別為帶通信號x,(0的基帶同相和正交信號；本例中對50路接收陣元的帶通信號進行信號調(diào)理；2)用單個采樣電路和ADC器件對經(jīng)過調(diào)理后的N路信號進行時分復用中頻正交采樣、模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進行正交解調(diào)，合成一路數(shù)字信號，每路信號的采樣輸出為(Ii，-2,，-Ii,e,，li…)或ft，0，-Ii，-Q,I廣.)序列；本例中用一個高速ADC器件取代50個低速ADC器件，采樣電路的通道輪換選通開關和后續(xù)的ADC器件由采樣脈沖控制協(xié)同工作，按照采樣脈沖的頻率對50路陣元信號依次輪流選通并進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，節(jié)省了模/數(shù)轉(zhuǎn)換的成本。3)對步驟2)輸出的序列進行周期性符號反轉(zhuǎn)，使之補償成為ft,Q,Ii，Q.,Ii…i序列；4)把從步驟3)輸出的己經(jīng)合成為一路數(shù)據(jù)流的各路信號同時輸入級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道FIR濾波器I和濾波器Q，分別進行同相和正交分量的濾波，一次性完成與信號匹配的低通濾波、內(nèi)插延時和相位旋轉(zhuǎn)，濾波輸出的同時完成樣本抽取，每路信號的延時不僅要補償波束到達各個接收陣元產(chǎn)生的相對延時，還要補償因?qū)γ總€接收陣元在不同時刻采樣所引入的額外相對延時，濾波器I和濾波器Q的每個通道濾波系數(shù)由內(nèi)插系數(shù)《、b卜[6,^,.W和相位旋轉(zhuǎn)系數(shù)合成，濾波器I、Q的系數(shù)《、w〖以及濾波器I、Q的輸出/。,("r。)、分別為v〖=[cos(c^,sin(cri)6n,cos(<ycTi)fl,.2.........cos(6^)a化,sin^r;]w「=[—sin(<ycri)化,,cos(c7i)6n,-sin(<wcri)a,.2.........—sin(cycri，cos^Tj]其中x,是第i路信號序列，r,是該路信號的延時，r。是復包絡信號的輸出周期，/。,切和仏,(0分別是延時至波前對齊的基帶復包絡信號的同相和正交分量，af和b〖分別是同相分量和正交分量的延時內(nèi)插系數(shù)組，該系數(shù)是補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中對應某一內(nèi)插點的系數(shù)組；5)對從步驟4)輸出的經(jīng)過延時補償至波前對齊的N路基帶復包絡信號進行波束求和，序列輸出基帶上波束形成的結(jié)果。所述的時分復用中頻正交采樣:在符合帶通信號采樣準則的前提下設置采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4AT/(4"i)倍或者4iW(4"3)倍，其中*=0,1，2-，等效為每路信號的采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4/(#+1)倍或者4/(#+3)倍，其中"0，l，2…，每路信號的采樣輸出為ft廣2,，-Ii，e,，I廣j或ft,Q，-1-序列。在現(xiàn)有的正交采樣技術中，可以通過模擬方式或數(shù)字方式實現(xiàn)，考慮到模擬方式在兩個正交通道之間的相位通常有2。3。的偏差，影響解調(diào)質(zhì)量，故采用數(shù)字解調(diào)方式。帶通信號可以表示為;^)=/,切003(^)-0(03111(/)，其中/,(f)和Q(O分別為帶通信號x,W的基帶同相和正交分量，^是信號的中心頻率，A(O的復包絡可表示為g(0=/,W+J2々)。若控制采樣頻率7>4,/(#+3)，其中"0，1，2…，則采樣序列為{1^,,-Ii，-Q，H若控制采樣頻率/^4,/(4"l)，其中"0,1，2…，則采樣序列為lli,-2,，-Ii必Ii…)。在本例中控制采樣頻率/s=4iVq/;=35M7fe，則每路信號的等效采樣頻率是乂=4義=700《歷，這樣便可以進行時分復用中頻正交采樣，方便后續(xù)的正交解調(diào)，正交解調(diào)的精度與ADC器件的精度和采樣脈沖時鐘源精度成正比。在步驟4)的濾波器I和濾波器Q系數(shù)的設計中，每路信號的延時不僅要補償波束到達各個接收陣元產(chǎn)生的延時，還要補償因?qū)γ總€接收陣元在不同時刻采樣所引入的額外的延時。如果把某路帶通信號延時rj時間A(卜ri)=(f—ri)cos(c—Tj))-Q(卜Tj)sin(c-^》=/a(0cos(w力—。ra(f)sin(w/)其中:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>延時至波前對齊的基帶復包絡信號記為^w-^w+jo^)，/。,w和a^)分別是延時至波前對齊的基帶信號的同相和正交分量。每一個具體的延時r,都分為整數(shù)周期延時和分數(shù)周期延時，整數(shù)周期延時可以由序列的簡單移位來得到，分數(shù)周期延時則由內(nèi)插得到,r0-z"i)=b;"Q,.其中i<和Q,分別代表由一定數(shù)量的和QW樣本點組成的序列，<和b「為內(nèi)插系數(shù)組，從補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中獲取。所述的內(nèi)插系數(shù)的求取方法內(nèi)插等價于對補零信號進行線性時不變?yōu)V波，內(nèi)插的實質(zhì)可以看作脈沖串采樣的恢復系統(tǒng)，通過內(nèi)插將一個序列轉(zhuǎn)換到一個較高的等效采樣頻率的內(nèi)插序列。進行D倍的補零內(nèi)插首先要在原始序列x(n)相鄰兩采樣點之間等間隔插入(D-1)個零值點，然后對補零后的序列xp(n)進行低通濾波，得到內(nèi)插序列XD(n):0000CO對應于某一個內(nèi)插點xD(")的插值系數(shù)只要選擇計算該內(nèi)插點時原始信號所對應的低通濾波系數(shù)/K"-rD)(-oo〈"+co)，即為對應該延時的一個內(nèi)插系數(shù)組，如af和^即為兩組內(nèi)插系數(shù)組。若設計該低通濾波系數(shù)的截止頻率和帶外衰減等幅頻特性和復包絡信號匹配，則在內(nèi)插延時的同時完成了與信號匹配的低通濾波。進行寬帶波束形成不僅其復包絡需加以適當延時，還必須對其相位進行旋轉(zhuǎn)，即/,.和Q分別與cos(化ri)和sin(^i)交叉相乘。經(jīng)過延時至波前對齊的基帶信號的同相和正交分量表示為/0,.("ro)=cos(cri)aI,.+sin(c^ri)b『Q,.內(nèi)插延時和相位旋轉(zhuǎn)這兩步可以合起來簡單地通過一個FIR濾波器來實現(xiàn)，避免了把帶通信號分解為同相和正交分量，然后又要對經(jīng)過延時的同相和正交分量交叉相乘。因為每路信號的數(shù)據(jù)是由/,和^相間構(gòu)成的，所以不需要把通道數(shù)據(jù)額外地分成/,.和e,.，直接讓通道數(shù)據(jù)通過濾波器I和濾波器Q即可，每路信號需要FIR濾波器I和FIR濾波器Q這兩個濾波器來分別處理同相和正交分量。濾波器I和濾波器Q的系數(shù)《和w〖由《和bf和相位旋轉(zhuǎn)系數(shù)合并而成v「=[cos(cJcz"i)an，sin^Tj)，cos(fi)cri)a。.........cos(cr,.)a化,sin(c^)6化]w〖=[-sin(fi^,cos(<ycri)6"，—sin(fi^)a。.........—sin(6^)a仏，cos^d]濾波器I和濾波器Q的輸出/。,(wr。)和a^r。)如下、6,2…&]和相位旋轉(zhuǎn)系數(shù)合成，濾波器I的系數(shù)《以及濾波器I的輸出/""r。)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>上式中x,.是第i路信號序列，ri是該路信號的延時，r。是通帶信號的輸出周期，/。,切是延時至波前對齊的基帶復包絡信號的同相分量，af和bf分別是同相分量和正交分量的延時內(nèi)插系數(shù)組，該系數(shù)是補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中對應某一內(nèi)插點的系數(shù)組；5)對從步驟4)輸出的經(jīng)過延時補償至波前對齊的N路帶通信號進行波束求和，序列輸出通帶上波束形成的結(jié)果。所述的時分復用中頻正交采樣在符合帶通信號采樣準則的前提下設置采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4iV/(4"l)倍或者4iV/(4"3)倍，其中*=0,1，2...，等效為每路信號的采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4/(4ifc+l)倍或者4/(^+3)倍，其中"0,1，2…，每路信號的采樣輸出為ft,-2,,-1^,，1廣.}或(Ii,2,，-Ii,-Q,I廣'l序列。在本例中控制采樣頻率乂=4湘義=35厘他，則每路信號的等效采樣頻率是/>4/￡=700《他，每路信號的采樣輸出為^，-Q.,-Ii，Q,Ii…!序列。本例中根據(jù)接收信號的通帶截止頻率、過渡帶寬及帶外衰減等指標要求對每路信號的同相和正交分量分別進行60階的低通濾波，同時根據(jù)波束形成的性能要求需要對采樣信號進行10倍的補零內(nèi)插。在補零內(nèi)插方法中，進行10倍的補零內(nèi)插在頻譜上相當于對原始信號的頻率進行了IO倍壓縮，如圖3所示，因此需要設計600階的低通濾波系數(shù)以供內(nèi)插系數(shù)選取之用。由于本發(fā)明中采樣后信號的同相和正交分量是合在一路數(shù)據(jù)流中的，因此相當于對一路信號進行120階的濾波。考慮選用15個8階子濾波模塊進行120階的濾波，濾波后每路信號的采樣率為87.5KHz，符合帶通信號的采樣定理。顯然，該濾波器輸出也是各路信號交織在一起的一路數(shù)據(jù)流。所述的級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道FIR濾波器I:由信號重組模塊和若干個子濾波模塊組成，每個子濾波模塊階數(shù)為4M，分別對每路信號完成4M階的濾波計算，其余結(jié)構(gòu)同前例中所述的FIR濾波器I結(jié)構(gòu)相同。本例中每個子濾波模塊階數(shù)4M等于8，即分別對每路信號完成8階的濾波計算。前文為了說明本發(fā)明對上述優(yōu)選實施例進行披露。對于本領域中的技術人員來說變化和修改是顯而易見的，例如采用若干個ADC器件對多路信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換等，所有這些變化和修改均意欲為后續(xù)的權利要求書所包含。權利要求1.一種寬帶數(shù)字波束形成方法，其特征在于包括如下步驟1)對N路接收陣元的帶通信號xi(t)＝Ii(t)cos(ωct)-Qi(t)sin(ωct)進行前置放大和抗混疊濾波等信號調(diào)理，式中Ii(t)和Qi(t)分別為帶通信號xi(t)的基帶同相和正交信號；2)用單個采樣電路和ADC器件對經(jīng)過調(diào)理后的N路信號進行時分復用中頻正交采樣、模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進行正交解調(diào)，合成一路數(shù)字信號，每路信號的采樣輸出為{Ii，-Qi，-Ii，Qi，Ii…}或{Ii，Qi，-Ii，-Qi，Ii…}序列；3)對步驟2)輸出的序列進行周期性符號反轉(zhuǎn)，使之補償成為{Ii，Qi，Ii，Qi，Ii…}序列；4)把從步驟3)輸出的已經(jīng)合成為一路數(shù)據(jù)流的各路信號同時輸入級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道FIR濾波器I和濾波器Q，分別進行同相和正交分量的濾波，一次性完成與信號匹配的低通濾波、內(nèi)插延時和相位旋轉(zhuǎn)，濾波輸出的同時完成樣本抽取，每路信號的延時不僅要補償波束到達各個接收陣元產(chǎn)生的相對延時，還要補償因?qū)γ總€接收陣元在不同時刻采樣所引入的額外相對延時，濾波器I和濾波器Q的每個通道濾波系數(shù)由內(nèi)插系數(shù)<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>a</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mtd><mtd><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo></mtd><mtd><msub><mi>a</mi><mi>iL</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0001"file="A2008100624790002C1.tif"wi="34"he="4"top="137"left="102"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>b</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mtd><mtd><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo></mtd><mtd><msub><mi>b</mi><mi>iL</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>]]></math>id="icf0002"file="A2008100624790002C2.tif"wi="29"he="4"top="137"left="140"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>和相位旋轉(zhuǎn)系數(shù)合成，濾波器I、Q的系數(shù)viT、wiT以及濾波器I、Q的輸出IDi(nTO)、QDi(nTO)分別為<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>v</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><mo>=</mo><mo>[</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>,</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>,</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>a</mi><mi>iL</mi></msub><mo>,</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>b</mi><mi>iL</mi></msub><mo>]</mo></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>w</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><mo>=</mo><mo>[</mo><mo>-</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>,</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>,</mo><mo>-</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo></mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>-</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>a</mi><mi>iL</mi></msub><mo>,</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>b</mi><mi>iL</mi></msub><mo>]</mo></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0005"num="0005"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>I</mi><mi>Di</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><msub><mi>T</mi><mi>O</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup><mi>V</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0006"num="0006"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>Q</mi><mi>Di</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><msub><mi>T</mi><mi>O</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup><mi>w</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub></mrow>]]></math></maths>其中xi是第i路信號序列，τi是該路信號的延時，TO是復包絡信號的輸出周期，IDi(t)和QDi(t)分別是延時至波前對齊的基帶復包絡信號的同相和正交分量，aiT和biT分別是同相分量和正交分量的延時內(nèi)插系數(shù)組，該系數(shù)是補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中對應某一內(nèi)插點的系數(shù)組；5)對從步驟4)輸出的經(jīng)過延時補償至波前對齊的N路基帶復包絡信號進行波束求和，序列輸出基帶上波束形成的結(jié)果。2.根據(jù)權利要求1所述的一種寬帶數(shù)字波束形成方法，其特征在于所述的時分復用中頻正交采樣在符合帶通信號采樣準則的前提下設置采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4iV/(4A:+l)倍或者4iV/(^:+3)倍，其中*=0,1,2…，等效為每路信號的采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4/(4it+l)倍或者4/(4it+3)倍，其中"0，1,2…，每路信號的采樣輸出為^,-g,-Ii必U或(Ii必-Ii廣G,I廣.)序列。3.根據(jù)權利要求1所述的一種寬帶數(shù)字波束形成方法，其特征在于所述的級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道FIR濾波器I和濾波器Q:由信號重組模塊和若干個子濾波模塊組成，每個子濾波模塊階數(shù)為2M，分別對每路信號完成2M階的濾波計算，濾波器輸出信號的采樣頻率等于原始信號采樣頻率的1/2M，按照原始信號的采樣頻率和降采樣后所需的采樣頻率來確定子濾波器模塊的階數(shù)，子濾波模塊個數(shù)由所需的濾波階數(shù)和子濾波模塊的階數(shù)共同確定，濾波過程中采樣信號從第一級子濾波模塊依次流向最后一級子濾波模塊，子濾波模塊對每一個通道的濾波計算則從最后一級子濾波模塊開始，并把每一個通道的濾波結(jié)果依次往前一級子濾波模塊傳遞，在后一級子濾波模塊輸出某一通道信號的濾波結(jié)果到前一級子濾波模塊之后，前一級子濾波模塊開始該通道信號的濾波，最終在第一級子濾波模塊處完成整個濾波計算，輸出濾波結(jié)果。4.根據(jù)權利要求3所述的一種寬帶數(shù)字波束形成方法，其特征在于所述的信號重組模塊:把按采樣所得的信號排列順序轉(zhuǎn)換成2M個同一通道的信號連續(xù)排列的順序并依次輸出，重組后的采樣信號輸入到第一級子濾波模塊數(shù)據(jù)RAM的輸入端；所述的子濾波模塊包括一個存儲采樣信號的雙端口數(shù)據(jù)RAM、存儲系數(shù)的雙端口系數(shù)RAM、乘法器、加法器以及二路選擇器，乘法器的兩個輸入端連接數(shù)據(jù)RAM和系數(shù)RAM的輸出端，完成采樣信號和對應濾波系數(shù)的乘積，并把乘積結(jié)果輸出至加法器，乘法器的輸出端和二路選擇器的輸出端連接到加法器的兩個輸入端，加法器的輸出端同時連接到本級與前一級二路選擇器的輸入端，本級二路選擇器的兩個輸入端分別連接本級和后一級加法器的輸出端，最后一級二路選擇器的兩個輸入分別是本級加法器的輸出和常數(shù)零，加法器和二路選擇器協(xié)同工作，在每路通道信號濾波的第一個周期二路選擇器選通后一級加法器的輸出同本級乘法器的輸出相加，如此完成最后一級子濾波模塊至本級子濾波模塊濾波結(jié)果的累加，在剩余周期內(nèi)二路選擇器全部選通本級加法器的輸出同乘法器輸出進行相加。所述的數(shù)據(jù)RAM:被劃分為N個連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊連續(xù)存儲2M個同一通道的采樣信號,所有子濾波模塊數(shù)據(jù)RAM的初始讀取地址都為第1個數(shù)據(jù)塊的起始處地址，初始寫入地址都為第N個數(shù)據(jù)塊的起始處地址，讀取地址和寫入地址在數(shù)據(jù)RAM空間內(nèi)循環(huán)遞增，本級數(shù)據(jù)RAM的輸出端連接到本級乘法器的輸入端和后一級數(shù)據(jù)RAM的輸入端，第一級數(shù)據(jù)RAM的輸入端連接信號重組模塊的輸出端。5.根據(jù)權利要求1所述的一種寬帶數(shù)字波束形成方法，其特征在于所述的內(nèi)插系數(shù)的求取方法該系數(shù)是從補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中獲取的，內(nèi)插等價于對補零信號進行線性時不變?yōu)V波，通過內(nèi)插將一個序列轉(zhuǎn)換到一個較高的等效采樣頻率的內(nèi)插序列,進行D倍的補零內(nèi)插首先要在原始序列x(n)相鄰兩采樣點之間等間隔插入(D-1)個零值點，然后對補零后的序列Xp(n)進行低通濾波，得到內(nèi)插序列xo(n):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>對應于某一個內(nèi)插點&(")的插值系數(shù)只要選擇計算該內(nèi)插點時原始信號所對應的低通濾波系數(shù)/K"-^)(-ocxr〈+o0)，即為對應該延時的一個內(nèi)插系數(shù)組，若設計該低通濾波系數(shù)的幅頻特性和復包絡信號匹配，則在內(nèi)插延時的同時完成了與信號匹配的低通濾波。6.—種寬帶數(shù)字波束形成方法，其特征在于包括如下步驟1)對N路接收陣元的帶通信號;^)=/々)￡08(^)-2,")3^1(^)進行前置放大和抗混疊濾波等信號調(diào)理，式中/々)和2,(/)分別為帶通信號;r,.(/)的基帶同相和正交信號；2)用單個采樣電路和ADC器件對經(jīng)過調(diào)理后的N路信號進行時分復用中頻正交采樣、模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進行正交解調(diào)，合成一路數(shù)字信號，每路信號的采樣輸出為(Ii，-Q，-Ii必V")或ft必-Ii,-2,，I廣J序列；3)對步驟2)輸出的序列進行周期性符號反轉(zhuǎn)，使之補償成為ft,Q,I^，Ii}序列；4)把從步驟3)輸出的己經(jīng)合成為一路數(shù)據(jù)流的各路信號輸入級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道FIR濾波器I，進行同相分量的濾波，一次性完成與信號匹配的低通濾波、內(nèi)插延時、相位旋轉(zhuǎn)和帶通調(diào)制，濾波輸出的同時完成樣本抽取，每路信號的延時不僅要補償波束到達各個接收陣元產(chǎn)生的相對延時，還要補償因?qū)γ總€接收陣元在不同時刻采樣所引入的額外相對延時，濾波器I的每個通道濾波系數(shù)由內(nèi)插系數(shù)a卜[a"?！?j、bf-[&V.AJ和相位旋轉(zhuǎn)系數(shù)合成，濾波器I的系數(shù)v「以及濾波器I的輸出/a("r。)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>上式中x,.是第i路信號序列，r,是該路信號的延時，r。是通帶信號的輸出周期，/。々)是延時至波前對齊的基帶復包絡信號的同相分量，《和bf分別是同相分量和正交分量的延時內(nèi)插系數(shù)組，該系數(shù)是補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中對應某一內(nèi)插點的系數(shù)組；5)對從步驟4)輸出的經(jīng)過延時補償至波前對齊的N路帶通信號進行波束求和，序列輸出通帶上波束形成的結(jié)果。7.根據(jù)權利要求6所述的一種寬帶數(shù)字波束形成方法，其特征在于所述的時分復用中頻正交采樣在符合帶通信號采樣準則的前提下設置采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的47V/(4/fc+l)倍或者4iW(4/t+3)倍，其中*=0，1，2...，等效為每路信號的采樣頻率為接收帶通信號中心頻率的4/(#+1)倍或者4/(#+3)倍，其中"0,1，2…，每路信號的采樣輸出為ft,-S,，-Ii，0，V.〗或(Ii，0，-Ii，-Q,V..)序列。8.根據(jù)權利要求6所述的一種寬帶數(shù)字波束形成方法，其特征在于所述的級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道FIR濾波器I:由信號重組模塊和若干個子濾波模塊組成，每個子濾波模塊階數(shù)為4M，分別對每路信號完成4M階的濾波計算，濾波器輸出信號的采樣頻率等于原始信號采樣頻率的1/4M，按照原始信號的采樣頻率和降采樣后所需的采樣頻率來確定子濾波器模塊的階數(shù)，子濾波模塊個數(shù)由所需的濾波階數(shù)和子濾波模塊的階數(shù)共同確定，濾波過程中采樣信號從第一級子濾波模塊依次流向最后一級子濾波模塊，子濾波模塊對每一個通道的濾波計算則從最后一級子濾波模塊開始，并把每一個通道的濾波結(jié)果依次往前一級子濾波模塊傳遞，在后一級子濾波模塊輸出某一通道信號的濾波結(jié)果到前一級子濾波模塊之后，前一級子濾波模塊開始該通道信號的濾波，最終在第一級子濾波模塊處完成整個濾波計算，輸出濾波結(jié)果。9.根據(jù)權利要求8所述的一種寬帶數(shù)字波束形成方法，其特征在于所述的信號重組模塊:把按采樣所得的信號排列順序轉(zhuǎn)換成4M個同一通道的信號連續(xù)排列的順序并依次輸出，重組后的采樣信號輸入到第一級子濾波模塊數(shù)據(jù)RAM的輸入端。所述的子濾波模塊包括一個存儲采樣信號的雙端口數(shù)據(jù)RAM、存儲系數(shù)的雙端口系數(shù)RAM、乘法器、加法器以及二路選擇器。乘法器的兩個輸入端連接數(shù)據(jù)RAM和系數(shù)RAM的輸出端，完成采樣信號和對應濾波系數(shù)的乘積，并把乘積結(jié)果輸出至加法器，乘法器的輸出端和二路選擇器的輸出端連接到加法器的兩個輸入端，加法器的輸出端同時連接到本級與前一級二路選擇器的輸入端，本級二路選擇器的兩個輸入端分別連接本級和后一級加法器的輸出端，最后一級二路選擇器的兩個輸入分別是本級加法器的輸出和常數(shù)零，加法器和二路選擇器協(xié)同工作，在每路通道信號濾波的第一個周期二路選擇器選通后一級加法器的輸出同本級乘法器的輸出相加，如此完成最后一級子濾波模塊至本級子濾波模塊濾波結(jié)果的累加，在剩余周期內(nèi)二路選擇器全部選通本級加法器的輸出同乘法器輸出進行相加；所述的數(shù)據(jù)RAM:被劃分為N個連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊連續(xù)存儲2M個同一通道的采樣信號,所有子濾波模塊數(shù)據(jù)RAM的初始讀取地址都為第1個數(shù)據(jù)塊的起始處地址，初始寫入地址都為第N個數(shù)據(jù)塊的起始處地址,讀取地址和寫入地址在數(shù)據(jù)RAM空間內(nèi)循環(huán)遞增，本級數(shù)據(jù)RAM的輸出端連接到本級乘法器的輸入端和后一級數(shù)據(jù)RAM的輸入端，第一級數(shù)據(jù)RAM的輸入端連接信號重組模塊的輸出端。10.根據(jù)權利要求6所述的一種寬帶數(shù)字波束形成方法，其特征在于所述的內(nèi)插系數(shù)的求取方法該系數(shù)是從補零內(nèi)插方法的低通濾波系數(shù)中獲取的。內(nèi)插等價于對補零信號進行線性時不變?yōu)V波，通過內(nèi)插將一個序列轉(zhuǎn)換到一個較高的等效采樣頻率的內(nèi)插序列，進行D倍的補零內(nèi)插首先要在原始序列x(n)相鄰兩采樣點之間等間隔插入(D-1)個零值點，然后對補零后的序列Xp(n)進行低通濾波，得到內(nèi)插序列Xd(II):對應于某一個特定內(nèi)插點&(")的插值系數(shù)只要選擇計算該內(nèi)插點時原始信號所對應的低通濾波系數(shù)/KM-W)(-oo<"+oo)，即為對應該延時的一個內(nèi)插系數(shù)組，若設計該低通濾波系數(shù)的幅頻特性和復包絡信號匹配，則在內(nèi)插延時的同時完成了與信號匹配的低通濾波。全文摘要本發(fā)明公開了一種寬帶數(shù)字波束形成方法。該方法包括時分復用中頻正交采樣、正交解調(diào)、低通濾波、內(nèi)插延時與相位旋轉(zhuǎn)以及波束求和等步驟。本發(fā)明的波束形成方法著重于用單個采樣電路對多路帶通信號進行時分復用中頻正交采樣，用FIR濾波器一次性完成與信號匹配的低通濾波、內(nèi)插延時和相位旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)真正的延時波束形成。在濾波的執(zhí)行方式上，公開了一種級聯(lián)結(jié)構(gòu)的多通道濾波器，同一通道信號的濾波在不同的子濾波模塊中級聯(lián)完成，不同通道信號共享同一濾波模塊，濾波輸出的同時完成樣本抽取，適合于在ASIC或FPGA中實現(xiàn)，較傳統(tǒng)濾波器節(jié)省大量邏輯資源。文檔編號H04L1/02GK101296014SQ200810062479公開日2008年10月29日申請日期2008年6月12日優(yōu)先權日2008年6月12日發(fā)明者夏夢璐,文徐,陳其璋申請人:浙江大學