數(shù)字波束形成器地FPGA實現(xiàn) - 數(shù)字波束形成技術DBF.pdf

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1、數(shù)字波束形成器的!"#$實現(xiàn)!程偉%左繼章&許悅雷%（%’空軍工程大學西安(%))*+）（&’空軍第一試驗訓練基地酒泉(*,)%+）【摘要】數(shù)字波束形成技術是天線波束形成原理與數(shù)字信號處理技術相結合的產物，其廣泛應用于陣列信號處理領域，本文介紹了數(shù)字波束形成器的基本原理及其!"#$的實現(xiàn)結構?！娟P鍵詞】數(shù)字波束形成器，數(shù)字信號處理器，空域濾波器，智能天線，!"#$!"#$-./01.1234356276895:5340;14.86<.12:5211<52:?25@1<753AB5C42(%))*+

2、）（&’DE1$5G/1<5.12352:HD<45252:I1231

3、?@;A9】N5:5340M14.86<.1（<9;!），N5:534075:240/<6=1776<，7/4354085031<，7.4<34231224，8510N/<6:<4..1N:4314<<4A%引言數(shù)字波束形成技術充分利用陣列天線所獲取的空間信息，通過信號處理技術使波束獲得超分辨率和低副瓣的性能，實現(xiàn)了波束的掃描、目標的跟蹤以及空間干擾信號的零陷，因而數(shù)字波束形成技術在雷達信號處理、通信信號處理以及電子對抗系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。數(shù)字波束形成是把陣列天線輸出的信號進行圖%數(shù)字波束形成器原理框圖$9采樣數(shù)字化后

4、送到數(shù)字波束形成器的處理單元，完出經過加權求和后，將陣列接收的方向增益聚集在一成對各路信號的復加權處理，形成所需的波束信號。個方向上，相當于形成了一個波束，這就是數(shù)字波束形只要信號處理的速度足夠快，就可以產生不同指向的成的物理意義。數(shù)字波束形成器一般由兩個主要部分波束。由于數(shù)字波束形成一般是通過9Q"或!"#$用組成，如圖%所示：一部分是以數(shù)字信號處理器和自適軟件實現(xiàn)的，所以具有很高的靈活性和可擴展性。應算法為核心的最優(yōu)（次優(yōu)）權值產生網絡，另一部分本文主要介紹了一個自適應波束形成器的原理及是以動態(tài)自適應加權網絡構成的自適應波束形成網其實現(xiàn)方法，數(shù)字波束形成模塊由!"#$結合9Q"完

5、絡。波束形成算法是波束形成的核心和理論基礎，它成，對+個陣元接收的復數(shù)字信號最快能在%,27左右通過接收的信號和一些先驗知識計算出加權因子，然形成波束，滿足各種高速波束切換掃描場合。后再對輸入的信號在波束形成網絡中進行加權處理完&數(shù)字波束形成器的基本原理及組成成波束形成。本文利用$RD>S$公司的>"!%)T>系列器件采用數(shù)字方法對陣元接收信號加權處理形成天線以及該公司提供的U4GV/0K7!%)’)開發(fā)軟件實現(xiàn)波束，陣列天線陣元的方向圖是全方向的，陣列的輸了數(shù)字波束形成網絡。在本文的研究中，陣列天線由+單元圓形陣組成，自適應信號處理器由D-公司的!收稿日期：&))&P)WP&&修訂

6、日期：&))*P)*P&&$@!"#$%&’()&*完成，而波束形成網絡由$片+,-.來實"3〕，"#9"#$:%!（#9*，%?3），由信號處理器計算出#&現(xiàn)，系統(tǒng)組成框圖如圖%所示。的加權因子’9〔(*，(%，?(3〕，(#9(#$:%’（#9#&*，%88?3），則經過空域濾波器后的輸出信號為),*!+’*"*+(*-"%+(%-?-"3+(3可以看出，空域濾波主要完成復數(shù)乘法和復數(shù)加法運算。對于一個3元圓陣天線，每路輸入信號經過下變頻后輸出為基帶（012）分量，因此一個3元圓陣的圖%系統(tǒng)組成框圖空域濾波器實際要完成實數(shù)的$%個乘法和$&個加法陣列天線接收信號經過./和下變頻器

7、件后輸出運算。在寬帶信號系統(tǒng)中，天線接收的數(shù)據速率很高，基帶（012）數(shù)據進+,-.，3路接收信號的基帶數(shù)據012所以計算量相當大，用一般的/#,在一個采樣樣本的分量（每路012分量均為*%456）進入+,-.后，一方面時間間隔內很難實時完成，而且把高速多路的數(shù)據流在統(tǒng)一的采樣時鐘控制下完成加權求和運算；另一方送入到/#,中是一個難度非常大的問題。采用+,-.面為/#,算法運算提供樣本數(shù)據。系統(tǒng)工作流程為：可以利用其多01;腳靈活配置，接收多路數(shù)據，數(shù)據運