数字波束形成器地FPGA实现 - 数字波束形成技术DBF.pdf

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1、数字波束形成器的!"#$实现!程伟%左继章&许悦雷%（%’空军工程大学西安(%))*+）（&’空军第一试验训练基地酒泉(*,)%+）【摘要】数字波束形成技术是天线波束形成原理与数字信号处理技术相结合的产物，其广泛应用于阵列信号处理领域，本文介绍了数字波束形成器的基本原理及其!"#$的实现结构。【关键词】数字波束形成器，数字信号处理器，空域滤波器，智能天线，!"#$!"#$-./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%引言数字波束形成技术充分利用阵列天线所获取的空间信息，通过信号处理技术使波束获得超分辨率和低副瓣的性能，实现了波束的扫描、目标的跟踪以及空间干扰信号的零陷，因而数字波束形成技术在雷达信号处理、通信信号处理以及电子对抗系统中得到了广泛的应用。数字波束形成是把阵列天线输出的信号进行图%数字波束形成器原理框图$9采样数字化后

4、送到数字波束形成器的处理单元，完出经过加权求和后，将阵列接收的方向增益聚集在一成对各路信号的复加权处理，形成所需的波束信号。个方向上，相当于形成了一个波束，这就是数字波束形只要信号处理的速度足够快，就可以产生不同指向的成的物理意义。数字波束形成器一般由两个主要部分波束。由于数字波束形成一般是通过9Q"或!"#$用组成，如图%所示：一部分是以数字信号处理器和自适软件实现的，所以具有很高的灵活性和可扩展性。应算法为核心的最优（次优）权值产生网络，另一部分本文主要介绍了一个自适应波束形成器的原理及是以动态自适应加权网络构成的自适应波束形成网其实现方法，数字波束形成模块由!"#$结合9Q"完

5、络。波束形成算法是波束形成的核心和理论基础，它成，对+个阵元接收的复数字信号最快能在%,27左右通过接收的信号和一些先验知识计算出加权因子，然形成波束，满足各种高速波束切换扫描场合。后再对输入的信号在波束形成网络中进行加权处理完&数字波束形成器的基本原理及组成成波束形成。本文利用$RD>S$公司的>"!%)T>系列器件采用数字方法对阵元接收信号加权处理形成天线以及该公司提供的U4GV/0K7!%)’)开发软件实现波束，阵列天线阵元的方向图是全方向的，阵列的输了数字波束形成网络。在本文的研究中，阵列天线由+单元圆形阵组成，自适应信号处理器由D-公司的!收稿日期：&))&P)WP&&修订

6、日期：&))*P)*P&&$@!"#$%&’()&*完成，而波束形成网络由$片+,-.来实"3〕，"#9"#$:%!（#9*，%⋯3），由信号处理器计算出#&现，系统组成框图如图%所示。的加权因子’9〔(*，(%，⋯(3〕，(#9(#$:%’（#9#&*，%88⋯3），则经过空域滤波器后的输出信号为),*!+’*"*+(*-"%+(%-⋯-"3+(3可以看出，空域滤波主要完成复数乘法和复数加法运算。对于一个3元圆阵天线，每路输入信号经过下变频后输出为基带（012）分量，因此一个3元圆阵的图%系统组成框图空域滤波器实际要完成实数的$%个乘法和$&个加法阵列天线接收信号经过./和下变频器

7、件后输出运算。在宽带信号系统中，天线接收的数据速率很高，基带（012）数据进+,-.，3路接收信号的基带数据012所以计算量相当大，用一般的/#,在一个采样样本的分量（每路012分量均为*%456）进入+,-.后，一方面时间间隔内很难实时完成，而且把高速多路的数据流在统一的采样时钟控制下完成加权求和运算；另一方送入到/#,中是一个难度非常大的问题。采用+,-.面为/#,算法运算提供样本数据。系统工作流程为：可以利用其多01;脚灵活配置，接收多路数据，数据运