[发明专利]基于数字去斜和频域均衡的宽带接收数字波束形成方法

说明书

本发明公开了一种基于数字去斜和频域均衡的宽带接收数字波束形成方法，受限于FPGA时钟频率，对采样后送入FPGA的宽带中频信号进行数据率转换，将信号分为多相表示；根据接收波束形成指向需求，计算相应阵元的延时需求，并根据信号的采样频率将延时分为整数延时和分数延时；采样信号经整数延时后采用基于多相插值滤波的正交处理方法实现中频信号到基带信号的转换；设计均衡滤波器实现发射和接收通道的联合校正，采用基于逆傅里叶变换的频域均衡方法求取滤波器系数；正交变换输出经过均衡滤波器与多个累加器产生的分数延时去斜本振相位，采用CORDIC算法实现均衡处理后的回波信号的数字去斜处理和分数延时补偿，CORDIC输出经过Taylor加权和Bayliss加权形成低旁瓣和差波束。

技术领域

本发明涉及一种基于数字去斜和频域均衡的宽带接收数字波束形成方法，属于阵列信号处理技术领域。

背景技术

现有的采用宽带LFM信号的数字阵列雷达，一般采用接收端模拟去斜处理方法。该方法简单高效，很好的解决了宽带LFM信号的接收处理问题。一方面，在接收端对回波信号进行去斜接收能够有效降低接收信号的带宽和系统采样率，减少回波数据的采集难度和数据处理量；另一方面，由于去斜输出是一个频率与回波延时成正比的单频信号，因此，只需要一次FFT就可以实现信号的脉冲压缩，与传统的频域匹配滤波方法需要两次FFT运算相比，大大降低了运算量以及输出延时。

然而，采用模拟去斜方法的数字阵列雷达，系统复杂、成本高、硬件开销大，且容易引入非线性误差，导致校正困难。此外，模拟去斜的方法只适用于LFM信号，这就限制了其他宽带信号的使用，降低了数字阵列雷达系统的灵活性，不利于数字阵列雷达系统的扩展或者重构。随着数字集成电路技术和数字信号处理技术的不断发展，数字去斜方法正获得越来越多的关注。与模拟去斜方法相比，数字去斜方法能够在数字域实现信号的去斜接收，不仅省去了复杂的模拟设备，降低了系统复杂度和成本，而且可以避免模拟去斜本振的调频非线性和幅相不一致等问题，提升了雷达系统的灵活性，有利于雷达系统的扩展或者重构。

不同于发射数字波束形成采用均匀加权以获得最大的发射增益，接收数字波束形成通常采用Taylor加权和Bayliss加权形成低旁瓣和差波束，对于和差波束的旁瓣都是参照和波束峰值而言，接收波束的低旁瓣对接收通道间的一致性提出了更高的要求。此外，接收通道内失配也会影响波束方向接收信号的脉冲压缩性能，因此需要对发射和接收通道失配进行联合校正。

发明内容

本发明提供了一种基于数字去斜和频域均衡的宽带接收数字波束形成方法，其核心技术在于，采用基于多相插值滤波的数字正交变换，实现中频信号到基带复信号的转换；采用频域均衡算法实现通道失配校正；利用累加器产生分数延时去斜本振相位，结合CORDIC算法实现数字去斜以及分数延时的补偿。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供了一种基于数字去斜和频域均衡的宽带接收数字波束形成方法，包括以下几个步骤：

步骤1、采样回波信号的多相表示与整数延时的多相实现，具体步骤：

(1a)根据带通采样定理，回波信号带宽取B，中频载波频率取3B，回波信号的采样频率取4B；将采样后的回波信号分四相表示，每一相的数据率为B；

(1b)根据天线阵列的几何结构确定每个接收单元相对于参考单元的延时量，并根据回波信号的采样频率分解为整数延时量和分数延时量，具体为：

第l个接收单元相对于参考单元的整数延时分量T_l和分数延时分量F_l表示为：

T_l＝floor(τ_l/T_s)