[发明专利]一种高精度数字阵列多通道延时补偿方法

说明书

本发明提供了一种高精度数字阵列多通道延时补偿方法，属于数字阵列技术领域，包括：射频源产生校准信号；校准信号通过空间辐射到达数字阵列每个通道的射频接收端，通过低噪声放大、滤波后与本振信号进行混频滤波得到模拟中频信号；模拟中频信号经过AD采样转化为数字信号，送入频率测量装置进行处理；在频率测量装置内对数字信号频率进行测量得到高精度频率值，通过此值计算得到每个通道高精度延时值；以延时值为基准，改变频率测量装置内通道数字下变频的NCO频率值，通过对每个通道进行频率补偿等效实现延时补偿。该方法不增加数字阵列的硬件，在FPGA原有的硬件基础上通过软件方式达到延时测量和补偿的目的，延时补偿精度高速度快。

技术领域

本发明属于数字阵列技术领域，具体涉及一种高精度数字阵列多通道延时补偿方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，数字阵列技术已经在雷达、通信等无线电技术领域得到大规模应用。数字阵列技术利用多通道空间波束合成技术，可以获得高增益、强方向性，具有较强的抗干扰性能。

当采用数字阵列进行宽带信号传输时，会面临延时补偿的问题。延时补偿的主要目的有两个，其一是解决孔径度越问题；其二是解决多通道间的延时不一致问题。孔径度越问题由信号到达天线不同位置通道的固定延时导致，其延时量大小由波束方向、频率和天线阵元间间距决定。固定延时造成的孔径度越问题会使宽带波束扫描方向出现偏差。多通道间的延时不一致是由随机延时造成，短时间看，延时量大小由通道间信号路径不一致、器件群延时特性不一致性、同步信号采样位置不一致性等决定；长时间看，延时量大小还会随着环境温度变化、干扰和元器件老化发生漂移。

延时补偿具体分为延时测量和延时补偿两个步骤。

在线性调频信号应用的背景下，延时测量通常采用De-chirp的方法，将延时量转化为有固定对应关系的点频信号，通常采用FFT对点频信号频率进行测量，从而得到具体延时量。FFT的测频精度决定于采样频率和FFT处理点数，在不改变采样率的条件下，达到高的测频精度需要增加FFT处理点数，会大大增加硬件开销。

解决延时补偿问题的传统方法是采用光纤延时线，它可以在数字阵列各个通道上，对固定延时和随机延时统一进行补偿，但其存在成本高、尺寸大、承受功率有限等问题，并且需要在高精度和大时延量间进行平衡。近几年的研究均期望采用数字的方式进行多通道延时补偿。一些研究针对孔径度越问题带来的固定延时补偿，提出了相应的解决方案，并有较好的仿真测试结果。但是针对由于射频路径差异、滤波器群延时差异等带来的随机延时，一般是通过提高通道路径一致性的设计要求，提高元器件群延时一致性要求来减小一致性差异，并没有高精度的随机延时补偿方法。

因此，如何实时、有效、高精度对多通道间延时不一致性进行补偿，成为宽带数字阵列面临的一个关键问题。

发明内容

本发明要解决在宽带线性调频信号应用的背景下，不添加多余硬件设备，用数字方法，实现数字阵列多通道延时高精度测量和补偿的问题。

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种高精度数字阵列多通道延时补偿方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高精度数字阵列多通道延时补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、射频源产生校准信号，所述校准信号是一个带宽为B、信号时宽为T的线性调频信号，所述校准信号经过延时，到达混频器入口的信号表达式为：

S_d(t)＝Acos[ω₀(t-t_d)+0.5k(t-t_d)²) (1)

式中，t_d-通道延时，A-信号幅度，ω₀-载频频率，T-信号时宽，k-调频斜率，信号带宽为B时，k＝2πB/T；