第6期雷达科学与技术Vol.6No.6

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年12月December2008RadarScienceandTechnology

基于分数时延的宽带数字阵列波束形成

范占春,李会勇,何子述

(电子科技大学电子工程学院,四川成都610054)

　　摘　要:对于宽带数字阵列雷达,,为此需

要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元偿,引入分数时延滤波器,提出,与传统波束形成方法相比,关键词;;宽带

:　　文献标识码:A　　文章编号:167222337(2008)0620450204

WidebandDigitalArrayBeamformingBasedonFractionalDelay

FANZhan2chun,LIHui2yong,HEZi2shu

(SchoolofElectronicEngineering,UESTofChina,Chengdu610054,China)

　　Abstract:Comparedwithconventionalnarrowbandphasedarrayradar,truetimedelayisusedinwide2

banddigitalarraytoreplacethephaseshifter.Inordertocompensatethechanneldisperseddelayaccurately,fractionaldelayfilter(FDF)http://paredwiththeconventionalway,theper2formanceofthismethodissimilarwiththatofidealtimedelay.

Keywords:digitalbeamforming;fractionaldelayfilter;radarsignalwithcarrier;wideband

TTD常由波导或同轴电缆构成,这些方法存在体

1　引言

　　为获得高距离分辨率、高测距精度,提高雷达

对目标的辨识能力,解决目标的雷达成像问题和提高雷达的抗干扰能力,相控阵雷达必须采用具有大瞬时信号带宽的信号。随着高速采样技术和高速数字处理器的发展,宽带雷达信号的全数字处理成为可能,宽带数字阵列雷达越来越引起人们的关注。宽带数字波束形成是宽带数字阵列雷达的关键技术之一[123]。

在宽带相控阵雷达中,传统的波束形成方法会导致不同频率的信号即使具有相同的相移量却有不同的时间延迟,引起雷达天线波束扫描不准。针对这一问题,人们提出采用实时延时线TTD(TrueTimeDelay)取代移相器[4]。模拟方法中

积大、功耗大、成本高和受温度等环境影响大的缺点。传统的数字时延方法有很多种,如采用过密采样、数字时域内插[5]等方法,但它们无法获得信号的任意时延,而且会造成数据量的激增。频域线性相位加权[6]方法则由于受FFT点数的影响,时延精度受到很大限制。文献[4]采用了光纤作为TTD,在射频上实现了宽带信号的延时。文献[7]针对一种基于高斯模型的超宽带信号(无载

波)提出了数字延迟线和分数时延滤波器相结合的方法,本文将该方法应用到更常用的有载波雷达系统中,分析了有载波宽带雷达信号与无载波超宽带雷达信号接收结构的不同。在低采样率的情况下,实现了信号的精确时延,在数字域上实现了宽带数字波束形成。

收稿日期:2008206225;修回日期:2008210220

2008年第6期

范占春:基于分数时延的宽带数字阵列波束形成

　　　451

2　宽带数字波束形成原理

　　目前最常用的宽带雷达信号是有载波的脉冲

信号。其数学表达式可以表述为

x(t)=rect(

)ej2πf0ts(t)T0

(1)

3　分数时延滤波器及接收结构的设计

　　图1中第k号阵元相对参考阵元回波时延为

τΔτ=(5)k=k

c

采样周期为T时,第k示为

(6)

式中,f0是信号的载波频率;T0为脉冲持续宽度;

1,|t|≤T0/2rect()=;s(t)表示的是调制信

0,其他T0号。由于实用中雷达带宽较宽,,常采用零中频处理,xb)()

st(2)

,且

)L=round(

cT

(7)

Δ表示分数倍采样周round函数表示四舍五入。

期时延,-0.5<Δ≤0.5,

ττΔ=-L=-round()

T

T

cT

　　在图1,假设回波信号到达方向为偏离法线θ时,则阵列中相邻阵元接收到信号

τ=,d为阵元间距,c是光速。的时间差Δ如

c

(8)

果选择图1中线阵第0号阵元接收到的回波信号

作参考信号,其形式假设与式(1)一致,则第k号阵元接收到的回波信号形式为

j(2πf0(t-kΔτ))

)eΔτ)(3)xk(t)=rect(s(t-k

T0

　　对回波信号进行离散化后,可以设计具有时延

D=L+Δ的分数时延滤波器来补偿回波信号的时延,理想的分数时延滤波器的冲激响应可表示为

hid[n]=sinc(n-D)

(9)

当D不是正整数时,式(9)表示的滤波器是非因果的,在物理上不可实现。为了解决这个问题,通常会对式(9)进行加窗处理,常用的窗包括矩形窗、海明窗、切比雪夫窗等。于是因果可实现的冲击响应可以表示为式(10),其中W(n)表示所选择的窗函数:

h(n)=W(n)sinc(n-L-Δ)　0≤n≤N　(10)　　在分数时延滤波器实现中,为了获得更好的时延特性,滤波器的阶数N取值应为L的两倍。结合式(7)可知,如果仅利用分数时延滤波器实现时延补偿,分数时延滤波器的阶数要随θ的取值而变化,实现困难。因此本文设计如图1所示的接收结构,在每一个通道引入了实现整数倍时延的数字延迟线来补偿整数倍时延L。数字延迟线仅需要对采样后的信号做采样周期整数倍的延迟,在现有的数字处理器上非常容易实现,这种设计还可以使滤波器在满足一定的线性时延带宽和时延精度的要求下阶数最小,降低了硬件资源开销。

通过上述分析,宽带数字阵波束形成实现结构的每一个通道可变延迟电路由数字移相器、数字延迟线和分数时延滤波器组成。其中用数字延迟线补偿整数倍采样间隔的时间延迟,用分数时

把式(3)写成基带形式xkb(t)并展开可得:

-j2πkf0Δτ

)eΔτ)xkb(t)=rect(s(t-k

T0

(4)

　　比较式(4)和式(2)可知,线阵各个阵元收到 …… 此处隐藏：3647字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……