CN109100695B - 一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿系统，包括时延参数解析模块，用于在接收状态时，接收第一控制信息，根据所述第一控制信息计算接收通道的接收延时参数，并在发射状态时，接收第二控制信息，根据所述第二控制信息计算发射通道的发射延时参数；信号处理模块，用于将输入的接收信号处理得到接收基带信号；第一数字分数延时滤波器，用于根据所述接收延时参数对所述接收基带信号进行延时；波形产生模块，用于形成发射信号；第二数字分数延时滤波器，用于根据所述发射延时参数对所述发射信号进行延时，本发明还公开了宽带数字阵列雷达的数字延时补偿方法，本发明可采用数字延时补偿，具有数字化、无额外硬件资源和延时精度高的特点。

Description

一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿系统及方法
技术领域
本发明涉及数字延时补偿技术领域。更具体地，涉及一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿系统及方法。
背景技术
目前的宽带相控阵列雷达中，通过模拟实时延时线来延迟信号，在进行宽带扫描时，存在孔径效应，使得瞬时带宽受限。而且，模拟实时延时线常由波导或同轴电缆构成，存在体积大、功耗大、成本高和受温度等环境影响大的缺点。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿系统，通过数字延时滤波器来解决宽带信号的延时问题。本发明的另一个目的在于提供一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明公开了一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿系统，包括
时延参数解析模块，用于在接收状态时，接收第一控制信息，根据所述第一控制信息计算接收通道的接收延时参数，并在发射状态时，接收第二控制信息，根据所述第二控制信息计算发射通道的发射延时参数；
信号处理模块，用于将输入的接收信号处理得到接收基带信号；
第一数字分数延时滤波器，用于接收所述接收基带信号并根据所述接收延时参数对所述接收基带信号进行延时得到输入信号；
波形产生模块，用于形成发射信号；
第二数字分数延时滤波器，用于根据所述发射延时参数对所述发射信号进行延时得到输出信号。
优选地，所述信号处理模块包括：
数据解析模块，用于对输入的接收信号进行格式转换；
数字下变频模块，用于将格式转换后的接收信号下变频形成接收基带信号并将所述接收基带信号传输至所述第一数字分数延时滤波器。
优选地，所述系统还包括第一宽带AD采样模块和第二宽带DA采样模块，
所述第一宽带AD采样模块用于对接收信号进行高速采样形成高速传输格式的接收信号，并将所述高速传输格式的接收信号输入所述数据解析模块；
所述第二宽带DA采样模块用于将所述输出信号转换为可发射格式的输出信号并输出。
优选地，所述时延参数解析模块、所述信号处理模块、所述第一数字分数延时滤波器、所述波形产生模块和所述第二数字分数延时滤波器设于FPGA可编程逻辑器中。
优选地，所述数字延时补偿系统的延时补偿精度小于等于1％。
本发明还公开了一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿方法，包括
接收状态时，接收第一控制信息，根据所述第一控制信息计算接收通道的接收延时参数；
将输入的接收信号处理得到接收基带信号；
接收所述接收基带信号并根据所述接收延时参数对所述接收基带信号进行延时得到输入信号；
在发射状态时，接收第二控制信息，根据所述第二控制信息计算发射通道的发射延时参数；
形成发射信号；
根据所述发射延时参数对所述发射信号进行延时得到输出信号。
优选地，所述将输入的接收信号处理得到接收基带信号具体包括：
对输入的接收信号进行格式转换；
将格式转换后的接收信号下变频形成接收基带信号。
优选地，所述方法还包括：
对接收信号进行高速采样形成高速传输格式的接收信号，以对所述高速传输格式的接收信号处理得到接收基带信号。
优选地，所述方法还包括：
将所述输出信号转换为可发射格式的输出信号并输出。
优选地，所述数字延时补偿方法的延时补偿精度小于等于1％。
本发明采用数字延时补偿，具有数字化、无额外硬件资源和延时精度高的特点，不需要模拟移相器或光纤、电缆等延时线等硬件资源。通过数字滤波，使得延时补偿精度高、线性范围宽、不受环境影响、可重复。利用数字延迟算法对数字基带信号进行处理从而获得不同的延时，解决宽带数字阵列雷达的波束形成中，传统的窄带移相方法存在主瓣展宽和扫描不准的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿系统一个具体实施例的俯视图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例公开了一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿系统。本实施例中，所述系统包括时延参数解析模块21、信号处理模块22、第一数字分数延时滤波器23、波形产生模块24和第二数字分数延时滤波器25。
其中，所述时延参数解析模块用于在接收状态时，接收第一控制信息，根据所述第一控制信息计算接收通道的接收延时参数，并在发射状态时，接收第二控制信息，根据所述第二控制信息计算发射通道的发射延时参数。具体的，所述时延参数解析模块可根据阵面安装位置和信号带宽实时计算接收延时参数和发射延时参数。
所述信号处理模块22用于将输入的接收信号处理得到接收基带信号。
所述第一数字分数延时滤波器23用于接收所述接收基带信号并根据所述接收延时参数对所述接收基带信号进行延时得到输入信号。对输入的宽带信号进行延时补偿，以便宽带信号的接收波束形成。
所述波形产生模块24用于形成发射信号。
所述第二数字分数延时滤波器25用于根据所述发射延时参数对所述发射信号进行延时得到输出信号。对发射的宽带信号延时补偿，以便宽带信号的发射波束形成。
采用本发明的数字延时补偿系统，可使延时补偿精度≤1％采样间隔，单个数字延时滤波器占用FPGA乘法器资源不超过10个，超过50％信号带宽内群延时线性和幅度平坦。本发明采用数字延时补偿，具有数字化、无额外硬件资源和延时精度高的特点，不需要模拟移相器或光纤、电缆等延时线等硬件资源。通过数字滤波，使得延时补偿精度高、线性范围宽、不受环境影响、可重复。利用数字延迟算法对数字基带信号进行处理从而获得不同的延时，解决宽带数字阵列雷达的波束形成中，传统的窄带移相方法存在主瓣展宽和扫描不准的问题。
作为一种优选的实施方式，所述信号处理模块22可包括数据解析模块221和数字下变频模块222。其中，所述数据解析模块221可对输入的接收信号进行格式转换。所述数字下变频模块222可将格式转换后的接收信号下变频形成接收基带信号并将所述接收基带信号传输至所述第一数字分数延时滤波器23。
系统包括控制信号输入接口、信号输入端和信号输出端。具体的，本实施例中，数字延时补偿系统的连接关系为控制信号输入接口与时延参数解析模块的输入端连接，时延参数解析模块的输出端分别与第一数字分数延时滤波器23的参数输入端、第二数字分数延时滤波器25的参数输入端连接，宽带数字阵列雷达的数字延时补偿方法的接收信号输入接口与第一宽带AD采样模块1的输入端连接，第一宽带AD采样模块1的输出端与FPGA可编程逻辑器2中的数据解析模块221的输入端连接，数据解析模块221的输出端与数字下变频模块222的输入端连接；数字下变频模块222的输出端与第一数字分数延时滤波器23的信号输入端连接，数字分数延时滤波器的输出端作为宽带数字阵列雷达的数字延时补偿方法的接收信号输出端以输出输入信号，波形产生模块24的输出端与第二数字分数延时滤波器25的信号输入端连接，第二数字分数延时滤波器25的输出端与第二宽带DA采样模块3的输入端连接，第二宽带DA采样模块3的输出端作为宽带数字阵列雷达的数字延时补偿方法的发射信号输出端以输出输出信号。
作为一种优选的实施方式，所述系统还可包括第一宽带AD采样模块1和第二宽带DA采样模块。其中，所述第一宽带AD采样模块1用于对接收信号进行高速采样形成高速传输格式的接收信号，并将所述高速传输格式的接收信号输入所述数据解析模块221，即对接收信号进行模数转换将模拟形式的接收信号转换为数字形式。所述第二宽带DA采样模块用于将所述输出信号转换为可发射格式的输出信号并输出，即对输出信号进行数模转换将数字形式的输出信号转换为模拟形式。
作为一种优选的实施方式，所述时延参数解析模块、所述信号处理模块22、所述第一数字分数延时滤波器23、所述波形产生模块24和所述第二数字分数延时滤波器25设于FPGA可编程逻辑器2中。
根据本发明的另一方面，本实施例还公开了一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿方法，所述方法包括在接收状态时：
S100：接收第一控制信息，根据所述第一控制信息计算接收通道的接收延时参数。具体的，所述时延参数解析模块可根据阵面安装位置和信号带宽实时计算接收延时参数。S110：将输入的接收信号处理得到接收基带信号。
S120：接收所述接收基带信号并根据所述接收延时参数对所述接收基带信号进行延时得到输入信号。对输入的宽带信号进行延时补偿，以便宽带信号的接收波束形成。
在发射状态时：
S200：接收第二控制信息，根据所述第二控制信息计算发射通道的发射延时参数。具体的，所述时延参数解析模块可根据阵面安装位置和信号带宽实时计算接收延时参数。
S210：形成发射信号。
S220：根据所述发射延时参数对所述发射信号进行延时得到输出信号。对发射的宽带信号延时补偿，以便宽带信号的发射波束形成。作为一种优选的实施方式，所述S110具体可包括：
S111：对输入的接收信号进行格式转换。
S112：将格式转换后的接收信号下变频形成接收基带信号。
作为一种优选的实施方式，步骤S110之前还可包括对接收信号的处理步骤：
S101：对接收信号进行高速采样形成高速传输格式的接收信号，以对所述高速传输格式的接收信号处理得到接收基带信号，即对接收信号进行模数转换将模拟形式的接收信号转换为数字形式。
作为一种优选的实施方式，所述方法还包括：
S230：将所述输出信号转换为可发射格式的输出信号并输出，即对输出信号进行数模转换将数字形式的输出信号转换为模拟形式。
采用本发明的数字延时补偿方法，可使延时补偿精度≤1％采样间隔，超过50％信号带宽内群延时线性和幅度平坦。本发明采用数字延时补偿，具有数字化、无额外硬件资源和延时精度高的特点，不需要模拟移相器或光纤、电缆等延时线等硬件资源。通过数字滤波，使得延时补偿精度高、线性范围宽、不受环境影响、可重复。利用数字延迟算法对数字基带信号进行处理从而获得不同的延时，解决宽带数字阵列雷达的波束形成中，传统的窄带移相方法存在主瓣展宽和扫描不准的问题。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿系统，其特征在于，包括
时延参数解析模块，用于在接收状态时，接收第一控制信息，根据所述第一控制信息计算接收通道的接收延时参数，并在发射状态时，接收第二控制信息，根据所述第二控制信息计算发射通道的发射延时参数；
信号处理模块，用于将输入的接收信号处理得到接收基带信号；
第一数字分数延时滤波器，用于接收所述接收基带信号并根据所述接收延时参数对所述接收基带信号进行延时得到输入信号；
波形产生模块，用于形成发射信号；
第二数字分数延时滤波器，用于根据所述发射延时参数对所述发射信号进行延时得到输出信号。
2.根据权利要求1所述的数字延时补偿系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：
数据解析模块，用于对输入的接收信号进行格式转换；
数字下变频模块，用于将格式转换后的接收信号下变频形成接收基带信号并将所述接收基带信号传输至所述第一数字分数延时滤波器。
3.根据权利要求2所述的数字延时补偿系统，其特征在于，所述系统还包括第一宽带AD采样模块和第二宽带DA采样模块，
所述第一宽带AD采样模块用于对接收信号进行高速采样形成高速传输格式的接收信号，并将所述高速传输格式的接收信号输入所述数据解析模块；
所述第二宽带DA采样模块用于将所述输出信号转换为可发射格式的输出信号并输出。
4.根据权利要求1所述的数字延时补偿系统，其特征在于，所述时延参数解析模块、所述信号处理模块、所述第一数字分数延时滤波器、所述波形产生模块和所述第二数字分数延时滤波器设于FPGA可编程逻辑器中。
5.根据权利要求1所述的数字延时补偿系统，其特征在于，所述数字延时补偿系统的延时补偿精度小于等于1％。
6.一种宽带数字阵列雷达的数字延时补偿方法，其特征在于，包括
接收状态时，接收第一控制信息，根据所述第一控制信息计算接收通道的接收延时参数；
将输入的接收信号处理得到接收基带信号；
接收所述接收基带信号并根据所述接收延时参数对所述接收基带信号进行延时得到输入信号；
在发射状态时，接收第二控制信息，根据所述第二控制信息计算发射通道的发射延时参数；
形成发射信号；
根据所述发射延时参数对所述发射信号进行延时得到输出信号。
7.根据权利要求6所述的数字延时补偿方法，其特征在于，所述将输入的接收信号处理得到接收基带信号具体包括：
对输入的接收信号进行格式转换；
将格式转换后的接收信号下变频形成接收基带信号。
8.根据权利要求7所述的数字延时补偿方法，其特征在于，所述方法还包括：
对接收信号进行高速采样形成高速传输格式的接收信号，并对所述高速传输格式的接收信号处理得到接收基带信号。
9.根据权利要求7所述的数字延时补偿方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述输出信号转换为可发射格式的输出信号并输出。
10.根据权利要求6所述的数字延时补偿方法，其特征在于，所述数字延时补偿方法的延时补偿精度小于等于1％。
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