本發(fā)明涉及到數(shù)字相控陣天線領(lǐng)域，具體涉及到一種數(shù)字相控陣天線的波束合成方法。

背景技術(shù)：

相控陣天線通過(guò)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行加權(quán)處理，而讓陣列天線所產(chǎn)生的波束的主瓣指向期望的來(lái)波方向。當(dāng)接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻前端進(jìn)入處理模塊時(shí)，首先通過(guò)adc將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，然后再完成波束合成部分，這就是數(shù)字波束合成(dbf)。參閱附圖2，目前傳統(tǒng)的數(shù)字波束合成方法都是將信號(hào)通過(guò)信道化濾波、正交下變頻、正交化濾波、加權(quán)以及合并這幾個(gè)步驟從而完成波束合成。

由于這類方法需要高速并且大量地處理數(shù)字信號(hào)，所以工程應(yīng)用中基本都會(huì)采用fpga來(lái)完成處理，方法中的濾波器結(jié)構(gòu)則需要使用到fpga中的dsp結(jié)構(gòu)。對(duì)于濾波器而言，帶外抑制越高，過(guò)渡帶越窄，濾波器的性能越好，濾波器的階數(shù)也就越高，所需要的dsp結(jié)構(gòu)數(shù)量也就越多。即使fpga有著高速時(shí)鐘和豐富的邏輯門(mén)陣列資源，它的dsp資源依然非常有限。因此，減少濾波器結(jié)構(gòu)以節(jié)約dsp資源成為這類方法的一個(gè)重要意義。

本發(fā)明采用濾波器后置的方法。首先是將信道化濾波與正交化濾波的濾波器合二為一，直接使用一個(gè)帶外抑制很高的低通濾波器來(lái)替代。然后將該濾波器置于加權(quán)以及合并這個(gè)步驟以后，這樣就只需要對(duì)一路信號(hào)進(jìn)行濾波，而不需要像傳統(tǒng)的方式一樣對(duì)各個(gè)陣元的信號(hào)都進(jìn)行濾波。這種方式能夠在保證濾波器的帶外抑制以及過(guò)渡帶狹窄的情況下大量地節(jié)約fpga中的dsp資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：在數(shù)字相控陣天線波束合成中，傳統(tǒng)的數(shù)字波束合成方法資源消耗太大。

解決上述問(wèn)題的方法是一種數(shù)字相控陣天線的波束合成方法，其實(shí)現(xiàn)步驟是：

(1)接收數(shù)字相控陣天線是一個(gè)陣元數(shù)量為l的線陣，陣元之間距離為d，其中l(wèi)為大于2的正整數(shù)，d等于信號(hào)載波波長(zhǎng)的一半；第l個(gè)陣元接收的模擬中頻信號(hào)為sl(t)，中頻載波頻率為fif，信號(hào)帶寬為bw，該信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣周期為ts的adc轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)sl(n)，其中，n表示采樣序號(hào)，l＝1,...,l；

(2)在數(shù)字域產(chǎn)生復(fù)數(shù)本振信號(hào)x(n)＝xr(n)+jxi(n)，其中實(shí)部信號(hào)為xr(n)＝cos(2πfifnts)，虛部信號(hào)為xi(n)＝sin(2πfifnts)，j表示虛數(shù)單位；本振信號(hào)與第l個(gè)陣元接收中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相乘，得到第l路的輸出復(fù)信號(hào)yl(n)＝y(tǒng)lr(n)+jyli(n)＝x(n)sl(n)，其中ylr(n)表示實(shí)部，yli(n)表示虛部；

(3)根據(jù)相控陣天線波束指向角度θ0，計(jì)算第l個(gè)陣元通道對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)權(quán)值wl(θ0)＝wlr(θ0)+jwli(θ0)，其中wlr(θ0)表示權(quán)值的實(shí)部，wli(θ0)表示權(quán)值的虛部；

(4)在第l個(gè)陣元對(duì)應(yīng)通道中，把步驟(2)中得到的復(fù)信號(hào)yl(n)與步驟(3)中得到的復(fù)數(shù)權(quán)值wl(θ0)相乘，并合成所有支路的加權(quán)輸出，得到相控陣天線加權(quán)輸出復(fù)信號(hào)其中zr(n)為實(shí)部，zi(n)為虛部；

(5)設(shè)計(jì)一個(gè)m階的通帶等于bw/2的低通數(shù)字濾波器，濾波器系數(shù)為實(shí)數(shù)，系數(shù)矢量為h＝[h0h1...hm]，其中m為正整數(shù)；

(6)加權(quán)后的輸出信號(hào)的實(shí)部和虛部分別經(jīng)過(guò)濾波器h，得到數(shù)字相控陣天線最終輸出復(fù)基帶信號(hào)g(n)＝gr(n)+jgi(n)，其中實(shí)部信號(hào)虛部信號(hào)

本發(fā)明的有益效果是：相比于傳統(tǒng)的數(shù)字波束合成方法，本發(fā)明在保持傳統(tǒng)波束合成方法性能基礎(chǔ)上，通過(guò)信道化濾波器與正交化濾波器合二為一，并把濾波器后置的方法，節(jié)約了fpga中dsp的資源。

本發(fā)明可以應(yīng)用到數(shù)字相控陣天線領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明：

圖1是線陣的幾何結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是傳統(tǒng)的數(shù)字波束合成方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明的數(shù)字波束合成方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

具體實(shí)施方法：

(1)接收數(shù)字相控陣天線是一個(gè)陣元數(shù)量為l的如圖1所示的線陣，陣元之間距離為d，其中l(wèi)為大于2的正整數(shù)，d等于信號(hào)載波波長(zhǎng)的一半?？臻g遠(yuǎn)場(chǎng)平面波入射陣列角度為θ0。參閱圖2和圖3，第l個(gè)陣元接收的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻前端，得到模擬中頻信號(hào)為sl(t)，中頻載波頻率為fif，信號(hào)帶寬為bw，該信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣周期為ts的adc轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)sl(n)，其中，n表示采樣序號(hào)，l＝1,...,l。

(2)參閱圖3，在數(shù)字域產(chǎn)生復(fù)數(shù)本振信號(hào)x(n)＝xr(n)+jxi(n)，其中實(shí)部信號(hào)為xr(n)＝cos(2πfifnts)，虛部信號(hào)為xi(n)＝sin(2πfifnts)，j表示虛數(shù)單位；本振信號(hào)與第l個(gè)陣元接收中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相乘，得到第l路的輸出復(fù)信號(hào)yl(n)＝y(tǒng)lr(n)+jyli(n)＝x(n)sl(n)，其中ylr(n)表示實(shí)部，yli(n)表示虛部。

(3)參閱圖3，根據(jù)相控陣天線波束指向角度θ0，計(jì)算第l個(gè)陣元通道對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)權(quán)值wl(θ0)＝wlr(θ0)+jwli(θ0)，其中wlr(θ0)表示權(quán)值的實(shí)部，wli(θ0)表示權(quán)值的虛部；按照相控陣天線基本理論，這個(gè)權(quán)矢量等于信號(hào)入射的方向矢量。

(4)參閱圖3，在第l個(gè)陣元對(duì)應(yīng)通道中，把步驟(2)中得到的復(fù)信號(hào)yl(n)與步驟(3)中得到的復(fù)數(shù)權(quán)值wl(θ0)相乘，并合成所有支路加權(quán)輸出，得到相控陣天線加權(quán)輸出復(fù)信號(hào)其中zr(n)為實(shí)部，zi(n)為虛部。

(5)參閱圖3，設(shè)計(jì)一個(gè)m階的通帶等于bw/2的低通數(shù)字濾波器，濾波器系數(shù)為實(shí)數(shù)，系數(shù)矢量為h＝[h0h1...hm]，其中m為正整數(shù)。

(6)參閱圖3，加權(quán)后的輸出信號(hào)的實(shí)部和虛部分別經(jīng)過(guò)濾波器h，得到數(shù)字相控陣天線最終輸出復(fù)信號(hào)g(n)＝gr(n)+jgi(n)，其中實(shí)部信號(hào)虛部信號(hào)

相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)字波束合成方法，本發(fā)明不用對(duì)每一個(gè)陣元的接收到的信號(hào)都進(jìn)行信道化濾波和正交化濾波，而是將信號(hào)加權(quán)并且合并以后再對(duì)這一路信號(hào)進(jìn)行一個(gè)低通濾波。這樣做的優(yōu)勢(shì)在于減少了一個(gè)濾波器，從而能夠大量的節(jié)約fpga中的dsp資源。本發(fā)明可以應(yīng)用到數(shù)字相控陣天線領(lǐng)域，尤其是多目標(biāo)數(shù)字相控陣天線的波束合成中。