CN110988855B - 一种基于二次调制解调的大规模扩频解扩数字阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于二次调制解调的大规模扩频解扩数字阵列，发射阵列实现n*m个发射激励合成信号的产生，并在该合成信号中体现了各路信号的加权信息，阵面上采用两次解调的形式实现了所有发射信号的分离；接收阵列将所有通道回波信号利用编码信号进行两级调制将各通道信号进行了编码处理，合成一路后利用一路ADC进行采集，并在数字域采用编码信号的两级解调实现了各通道信号的分离，两级调制/解调有效扩展了阵面的规模，利用现有有限的编码信号长度，实现了大规模全数字阵列的设计，并且大幅度降低了数字通道的成本和规模，降低了对阵面信号传输一致性和同步性的要求。

Description

一种基于二次调制解调的大规模扩频解扩数字阵列
技术领域
本发明涉及雷达领域，尤其是一种数字阵列。
背景技术
由于现代战争作战方式多变和战争形态复杂的特点，需要拓新雷达技术性能和提高雷达生存能力，尽可能地降低军备经费投入。为了满足雷达多功能、多任务的工作方式，数字波束形成技术是目前相控阵雷达发展最具潜质的技术。通过对国外前沿技术的跟踪，相控阵雷达向着数字化、软件化加速发展，扩频数字波束形成技术能够最大限度地降低数字多波束雷达硬件成本，实现天线薄片化设计，克服常规数字多波束雷达的体积、重量、散热、带宽和子阵尺寸可扩展问题，是一种“高性价比”的新体制相控阵雷达系统，具有相控阵雷达发展前瞻性。
恩智浦有限公司所提交的名为《使用二次调制的RF雷达装置BIST》(专利号：201810991596.4)其目的主要用于车载雷达自检，所涉及的二次调制主要针对发射线性调频信号(线性调频为一次调制)进行相位调制(此相位调制为二次调制)，其主要目的为产生雷达自检所需的例检信号。
现阶段将扩频解扩技术应用于小型相控阵雷达的研究已经得到了一定的技术突破，但针对大规模相控阵，由于数字单元数量较大，难以找到足够长度的具有良好自相关、互相关特性的编码信号，亟需一种新的技术对这种应用进行突破。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于二次调制解调的大规模扩频解扩数字阵列。主要针对大规模有源相控阵雷达低成本小型化前端设计。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于二次调制解调的大规模扩频解扩数字阵列，包括接收阵面和发射阵面；
其中，发射阵面包括信号产生单元、解调发射阵列和无源天线阵列；
所述的无源天线阵列由n行*m列个天线单元矩形排布；
所述的信号产生单元由FPGA和DDS组成，由FPGA中的DDS模块产生激励信号，并利用天线单元二次编码对相应单元信号的发射权值进行调制，一路DDS产生了n*m路发射激励信号的合成信号，每路发射激励信号的发射权值不一样；
天线阵列所有单元的加权值矩阵为
Figure GDA0003726453620000021
采用(C1，C2......Cm)和(A1，A2......An)T两组编码信号结合加权值矩阵对激励信号进行调制，产生一路涵盖所有加权信息的发射信号为bmn，其中C1、C2......Cm是m组相互正交的编码，A1、A2......An是n组相互正交的编码，得到bmn为：
Figure GDA0003726453620000022
所述的解调发射阵列接收信号产生单元产生的发射激励信号的合成信号，并通过两级解调器和一级混频放大，实现n*m发射信号的分离和分别混频滤波放大，最终完成天线阵列发射信号的空间辐射；
接收阵面包括信号采集单元、调制接收阵列和无源天线阵列；
所述的无源天线阵列由n行*m列个天线单元矩形排布；
所述的调制接收阵列将n行*m列个天线单元所接收的回波进行两次调制和下变频，再由功分器合成为一路信号为dmn，此处由于对每路信号都进行了编码调制，采用了与调制相同的编码形式，合成后的信号在信号采集单元的AD采集时进行信号分离，得到dmn为：
Figure GDA0003726453620000023
所述的信号采集单元对合成的一路信号进行采集，并通过采用与两次调制编码相同的编码对信号进行分离，并对n*m路基带回波进行后续处理，完成波束形成操作。
本发明的有益效果在于由于发射阵列由一路DAC实现n*m个发射激励合成信号的产生，并在该合成信号中体现了各路信号的加权信息(各路信号为数字基带信号，含有各通道的幅度、相位信息，各路信号与编码信号进行两次调制，两次调制后合成为合成信号)，阵面上采用两次解调的形式实现了所有发射信号的分离；接收阵列将所有通道回波信号利用编码信号进行两级调制将各通道信号进行了编码处理，合成一路后利用一路ADC进行采集，并在数字域采用编码信号的两级解调实现了各通道信号的分离，两级调制/解调有效扩展了阵面的规模，利用现有有限的编码信号长度，实现了大规模全数字阵列的设计，并且大幅度降低了数字通道的成本和规模，降低了对阵面信号传输一致性和同步性的要求。
附图说明
图1是本发明基于二次调制解调的大规模扩频解扩数字发射阵列原理图。
图2是本发明基于二次调制解调的大规模扩频解扩数字接收阵列原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参见图1、图2，一种基于二次调制解调的大规模扩频解扩数字阵列，包括接收阵面和发射阵面两部分组成；
其中，发射阵面包括信号产生单元、解调发射阵列和无源天线阵列；
所述的无源天线阵列由n(行)*m(列)个天线单元矩形排布；
所述的信号产生单元由FPGA和DA组成，由FPGA中的DDS模块产生激励信号，并利用天线单元二次编码对相应单元信号的发射权值进行调制，一路DA产生了n*m路发射激励信号的合成信号(每路发射激励信号的发射权值不一样)；
天线阵列所有单元的加权值矩阵为
Figure GDA0003726453620000031
采用(C1，C2......Cm)和(A1，A2......An)T两种编码信号结合加权值矩阵对激励信号进行调制，产生一路涵盖所有加权信息的发射信号为bmn为：
Figure GDA0003726453620000032
所述的解调发射阵列接收信号产生单元产生的发射激励信号的合成信号，并通过两级解调器和一级混频放大，实现n*m发射信号的分离和分别混频滤波放大，最终完成天线阵列发射信号的空间辐射；
接收阵面包括信号产生单元、调制接收阵列和无源天线阵列；
所述的无源天线阵列由n(行)*m(列)个天线单元矩形排布；
所述的调制接收阵列将n(行)*m(列)个天线单元所接收的回波进行两次调制和下变频，再由功分器合成为一路信号为dmn，此处由于对每路信号都进行了编码调制，合成后的信号还能够在AD采集时进行信号分离；
Figure GDA0003726453620000041
所述的信号采集单元主要对合成的一路信号进行采集，并通过采用与两次调制编码相同的编码对信号进行分离，并对n*m路基带回波进行后续处理，完成波束形成等操作。
发射阵列由一路DAC实现n*m个发射激励合成信号的产生，并在该合成信号中体现了各路信号的加权信息(各路信号为数字基带信号，含有各通道的幅度、相位信息，各路信号与编码信号进行两次调制，两次调制后合成为合成信号)，阵面上采用两次解调的形式实现了所有发射信号的分离；接收阵列将所有通道回波信号利用编码信号进行两级调制将各通道信号进行了编码处理，合成一路后利用一路ADC进行采集，并在数字域采用编码信号的两级解调实现了各通道信号的分离，两级调制/解调有效扩展了阵面的规模，利用现有有限的编码信号长度，实现了大规模全数字阵列的设计，并且大幅度降低了数字通道的成本和规模，降低了对阵面信号传输一致性和同步性的要求。

Claims (1)

1.一种基于二次调制解调的大规模扩频解扩数字阵列，其特征在于：
所述基于二次调制解调的大规模扩频解扩数字阵列，包括接收阵面和发射阵面；
其中，发射阵面包括信号产生单元、解调发射阵列和无源天线阵列；
所述的无源天线阵列由n行*m列个天线单元矩形排布；
所述的信号产生单元由FPGA和DDS组成，由FPGA中的DDS模块产生激励信号，并利用天线单元二次编码对相应单元信号的发射权值进行调制，一路DDS产生了n*m路发射激励信号的合成信号，每路发射激励信号的发射权值不一样；
天线阵列所有单元的加权值矩阵为
Figure FDA0003726453610000011
采用(C1，C2......Cm)和(A1，A2......An)T两组编码信号结合加权值矩阵对激励信号进行调制，产生一路涵盖所有加权信息的发射信号为bmn，其中C1、C2......Cm是m组相互正交的编码，A1、A2......An是n组相互正交的编码，得到bmn为：
Figure FDA0003726453610000012
所述的解调发射阵列接收信号产生单元产生的发射激励信号的合成信号，并通过两级解调器和一级混频放大，实现n*m发射信号的分离和分别混频滤波放大，最终完成天线阵列发射信号的空间辐射；
接收阵面包括信号采集单元、调制接收阵列和无源天线阵列；
所述的无源天线阵列由n行*m列个天线单元矩形排布；
所述的调制接收阵列将n行*m列个天线单元所接收的回波进行两次调制和下变频，再由功分器合成为一路信号为dmn，此处由于对每路信号都进行了编码调制，采用了与调制相同的编码形式，合成后的信号在信号采集单元的AD采集时进行信号分离，得到dmn为：
Figure FDA0003726453610000021
所述的信号采集单元对合成的一路信号进行采集，并通过采用与两次调制编码相同的编码对信号进行分离，并对n*m路基带回波进行后续处理，完成波束形成操作。
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