基于DSP 的直线阵列数字多波束形成的原理及实现

第３３卷第１１期２００６年１１月

应用科技

Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｖｏｌ．３３，№．１１

Ｎｏｖ．２００６

文章编号：１００９－６７１Ｘ（２００６）１１－００４５－０４

基于ＤＳＰ的直线阵列数字多波束形成的原理及实现

李　凯，张　杰

（哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）

摘　要：介绍了一种利用多ＤＳＰ实现基于直线阵列的数字多波束形成方案，通过对直线阵列的特征和数字多波束形成原理的阐述，并结合ＴＩ公司ＴＭＳ３２０Ｆ２０６硬件的特点利用单波束准实时叠加的方法实现了数字多波束形成的信号处理目的，实验结果表明，采用此种方法多波束形成速度快，扩展性能好．关键词：直线阵列；数字多波束；ＴＭＳ３２０Ｆ２０６；中图分类号：ＴＮ９１１．７　　　文献标识码：Ａ

Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｉｇｉｔａｌｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ

ｉｎｌｉｎｅａｒａｒｒａｙｓｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）

ＬＩＫａｉ，ＺＨＡＮＧＪｉｅ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍｅｔｈｏｄｏｆｄｉｇｉｔａｌｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇｉｎｌｉｎｅａｒａｒｒａｙｓｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅＤＳＰｓ．Ｂｙｔｈｅ

ｅｘｐａｔｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｉｎｅａｒａｒｒａｙｓａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｄｉｇｉｔａｌｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ，ｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓｉｇｎａｌｆｏｒｍｉｎｇｉｓｒａｐｉｄａｎｄｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙｉｓｇｏｏｄ．

ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄ，ｗｈｉｃｈｕｓｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｉｎｇｌｅｂｅａｍＧｕａｓｉ－ｒｅａｌｔｉｍｅｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅａｒａｒｒａｙ；ｄｉｇｉｔａｌｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ；ＴＭＳ３２０Ｆ２０６　　数字多波束形成（ｄｉｇｉｔａｌｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）是近十年来发展起来的一种提高天线性能的强有力技术．严格地讲，波束形成对应于单元信号的加权与合成，而数字波束形成几乎包括传感器阵列的数字化信号的所有空间处理．目前，先进的微波集成电路、信号处理和高速数字电路使微波雷达和通信系统的数字波束形成（ＤＢＦ）成为可能．与模拟波束形成装置不同，ＤＢＦ阵列在单元级将接收信号数字化，然后采用专用数字处理机处理信号，以形成理想波束．传感器所有有用信息得以保存，并用Ｎ个独立单元信号表示．只要对输入信号进行适当的数字化处理，便可长期使用，并且由于采用信号的数字表示代替真实接收信号功率不会进一步产生误差，因此，可形成任意数量的波束，信号也能经受多次假设验证．文

中介绍了一种由８元直线阵列即８通道形成８个波束的原理及通过ＦＰＧＡ配合ＤＳＰ的实现方法．

ＴＩ’ｓＤＳＰ－ＴＭＳ３２０Ｆ２０６ａｒｅｕｓｅｄｔｏｂｅｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｂｅａｍ－

１　数字多波束形成的原理及结构

数字多波束形成所面临的问题和单波束不同，多目标优化的复杂性在于其结果不仅依赖于各目标自身的结构，还和各目标间的关联有密切关系，需要同时使多个波束的性能达到最优，无论是目标函数还是约束条件都比单波束要复杂得多，求解过程很复杂

［１］

．如果采用全局最优的优化方法，当阵元数

［２］

较多时，会由于优化变量的维数过高，自由度过大，使运算量太大而难以实时完成

．鉴于此原因，大

多采用基于单波束叠加的多波束形成方法．基于单波束叠加的多波束形成方法属于局部最优的工作方

收稿日期：２００６－０５－２３．作者简介：李　凯（１９８１－），男，硕士研究生，主要研究方向：空间信号处理，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｃｋ４８１６＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ．

４６ 应　　　用　　　科　　　技　　　　　　　　　　　　　　　　　第３３卷

式，它不能保证所生成的指向不同目标的多个波束之间是正交的，也就是说不能使每个实时波束的主瓣都位于其他波束的零点上，但是这种方法对变化环境的响应速度快，具有很好的健壮性和可实现性，尽管有一些性能损失，但可以通过采取措施使其对系统影响较小．综上所述，基于单波束叠加的多波束形成是准同时多波束解决方案，此方案可以利用数字信号处理器的高速运算速度来实现准实时处理目的．由于数字波束形成一般 …… 此处隐藏：2129字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……