CN111142087B - 一种小型化分布式数字波束形成系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型化分布式数字波束形成系统，属雷达设备技术领域。它包括子阵波束合成板、数字波束合成板；每一个单元级数字收发子阵配置的一个子阵波束合成板根据数字波束合成板下发的DBF参数与接收数字T/R组件回波数据进行子阵级合成，数字波束合成板根据DBF参数对子阵级合成波束进行二次合成；子阵波束合成板的两个多模光模块各自通过光纤与数字波束合成板连接，子阵波束合成板的FPGA模块将数字T/R组件中传来的32路回波信号根据DBF参数合成为16路回波信号。无需系统重构，拓展灵活，降低数据传输和处理设计难度及成本。解决了现有技术数据传输和处理设计难度大，拓展性和灵活性差，增加系统重构成本的问题。

Description

一种小型化分布式数字波束形成系统
技术领域
本发明涉及一种小型化分布式数字波束形成系统，属雷达设备技术领域。
背景技术
数字阵列雷达由36个单元级数字收发子阵列组成，每一个子阵列包含8个8通道的T/R组件，即64个通道。多个子阵列构成的分布式雷达的单元级数字阵列天线的收发通道数量庞大，要求数字波束合成系统具有海量数据的吞吐和处理能力。目前采用单级处理方式处理数据波束的系统存在以下一些缺陷，其一，当分布式雷达要求增多单元级子阵列数目时，需要子阵列硬件增加很多接口，由于硬件是固定装配的，因此不得不重新设计和制作整个系统，增加高数据率数字波束合成系统重构成本，且系统拓展不灵活、不方便；其二，如果在子阵列设计、预留若干接口，只能应对多增单元级子阵列状况，而当分布式雷达要求减少单元级子阵列数目以减小规模时，就会造成数字波束合成系统资源浪费，增加成本；其三，采用单级处理法在一块处理板上处理海量数据，会大大增加数据传输和处理设计的难度。因此，在满足雷达系统相应需求的前提下，研制一种无需系统重构，大大降低数据传输和处理设计难度，设计和制作成本低廉，拓展灵活、方便的小型化分布式数字波束形成系统是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种无需系统重构，拓展灵活方便，有效降低数据传输和处理设计难度，降低成本，工作稳定的小型化分布式数字波束形成系统。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
一种小型化分布式数字波束形成系统，它包括单元级数字收发子阵、子阵波束合成板、数字波束合成板、数字T/R组件、信号处理平台；其特征在于：每一个单元级数字收发子阵配置一个子阵波束合成板，所述子阵波束合成板根据数字波束合成板下发的DBF参数，与接收数字T/R组件回波数据进行子阵级合成，数字波束合成板根据DBF参数对子阵级合成波束进行二次合成，输出阵面波束到信号处理平台；所述子阵波束合成板包括一个背板、两个高速差分连接器、两个多模光模块、一个FPGA模块；所述子阵波束合成板通过背板连接数字T/R组件，所述两个高速差分连接器与背板相连接，所述多模光模块各自通过光纤与数字波束合成板连接，子阵波束合成板的FPGA模块将数字T/R组件中传来的32路回波信号根据数字波束合成板传来的DBF参数合成为16路回波信号。
所述的背板正面设置有32个高速回波接口，所述32个高速回波接口连接一个子阵所对应的数字T/R组件，背板的反面设置有两个高速差分连接器，所述高速差分连接器各自与子阵波束合成板上的两个高速差分连接器插装连接。
所述的背板为盲插式背板。
所述的子阵波束合成板设置有两个光模块、1个FPGA模块、两个高速差分连接器，两个高速差分连接器分别与背板反面的两个差分连接器相连接，接收T/R组件发送回的32路回波数据；FPGA模块通过1个GTH高速接口与光模块进行通讯，接收数字波束合成板发送的DBF参数，同时也通过24个GTH高速接口与高速差分连接器相连接，将接收的32路回波信号与DBF参数合成为16路波束；FPGA模块将16路波束分为两个8路，分别通过1个高速总线接口发送给两个光模块，两个光模块分别通过光纤传送给数字波束合成板。
所述的数字波束合成板设置有8个12合1多模光模块、3个FPGA模块和1个DSP模块，所述8个12合1多模光模块各自通过光纤与子阵波束合成板连接，发送DBF参数、接收子阵波束合成板发送的合成波束，以及连接信息处理平台，所述3个FPGA模块中的两个FPGA模块通过GTH高速接口分别与4个12合1光模块相连接，发送DBF参数给子阵波束合成板和接收子阵波束，两个FPGA模块各自通过4个SRIO高速接口将接收到的子阵波束信息发送给第三个FPGA模块并接收第三个FPGA发送的DBF参数；第三个FPGA模块作为信息控制的交换，接收信息处理平台发送的指令和DBF参数、接收两个FPGA发送的接收波束信息，第三个FPGA模块通过RS232或FPGA JTAG将信息处理指令发送给DSP模块，DSP模块发送DBF参数分配指令和波束合成指令，通过第三个FPGA模块发送给前述两个FPGA模块执行指令，用于各子阵波束合成板输出波束的二次合成，获得需要的阵面波束；所述DSP模块响应信息处理平台发送来的指令，生成满足要求的DBF参数矩阵，分配DBF参数到各个子阵波束合成板。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该小型化分布式数字波束形成系统，通过子阵波束合成板将32路回波信号经过初步DBF参数合成为16路信号，再将16路信号传送给数字波束合成板进行波束二次合成。如此通过子阵波束合成板和数字波束合成板两级波束处理，有效降低了数据传输和数据处理的难度。当分布式雷达需要增加单元级子阵列扩大规模时，只需要在本发明系统中给增加的单元级子阵列各配备一个子阵波束合成板即可达到目的，具有很强的灵活性和扩展性。无需重新设计和制作整个数字波束合成系统，有效降低了成本。解决了现有数字波束合成系统的数据传输和处理设计难度大，拓展性和灵活性差，增加系统重构成本的问题。
附图说明
图1为一种小型化分布式数字波束形成系统的工作原理结构示意图；
图2为子阵波束合成板的正视结构示意图；
图3为背板的正视结构示意图；
图4为背板的后视结构示意图；
图5为波束合成板的主视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对该小型化分布式数字波束形成系统的实施方式作进一步详细说明（参见图1～5）：
一种小型化分布式数字波束形成系统，采用分布式数字波束合成架构，将数字波束合成分为两级处理，即通过子阵波束合成板进行一级处理，通过数字波束合成板进行二次处理。每一个单元级数字收发子阵配置一个子阵波束合成板，此子阵波束合成板根据数字波束合成板下发的DBF参数，接收数字T/R组件回波数据进行子阵级合成，数字波束合成板根据DBF参数对子阵级合成波束进行二次合成，输出阵面波束。
所述的子阵波束合成板包括一块盲插式背板，背板是数字T/R组件与子阵波束合成板连接的桥梁。背板正面设置有32个高速回波接口，连接一个单元级数字收发子阵所对应的数字T/R组件，背板反面设置有2个高速接口，即高速差分连接器XP01、高速差分连接器XP02，可直接插接在子阵波束合成板上。子阵波束合成板还设置有2个多模光模块、2个高速差分连接器和一个FPGA模块，其中，2个高速差分连接器分别与背板背面的两个高速差分连接器相连接，2个多模光模块通过两根光纤与数字波束合成板连接，1个FPGA用于将数字T/R组件中传来的32路回波信号根据数字波束合成板传来的DBF参数合成为16路回波信号。
具体来说，2个高速差分连接器分别与背板背面的两个高速差分连接器相连接，接收T/R组件发送回的32路回波数据；FPGA模块通过1个GTH高速接口与光模块进行通讯，接收数字波束合成板发送的DBF参数，同时也通过24个GTH高速接口与高速差分连接器相连接，将接收的32路回波信号与DBF参数合成为16路波束；FPGA模块将16路波束分为两个8路，分别通过1个高速总线接口发送给两个光模块，两个光模块分别通过光纤传送给数字波束合成板。
所述的数字波束合成板设置有8个12合1多模光模块、3个FPGA模块和1个DSP模块，所述8个12合1多模光模块各自通过光纤与子阵波束合成板连接，发送DBF参数、接收子阵波束合成板发送的合成波束，以及连接信息处理平台，所述3个FPGA模块中的两个FPGA模块通过GTH高速接口分别与4个12合1光模块相连接，发送DBF参数给子阵波束合成板和接收子阵波束，两个FPGA模块各自通过4个SRIO高速接口将接收到的子阵波束信息发送给第三个FPGA模块并接收第三个FPGA发送的DBF参数；第三个FPGA模块作为信息控制的交换，接收信息处理平台发送的指令和DBF参数、接收两个FPGA发送的接收波束信息，第三个FPGA模块通过RS232或FPGA JTAG将信息处理指令发送给DSP模块，DSP模块发送DBF参数分配指令和波束合成指令，通过第三个FPGA模块发送给前述两个FPGA模块执行指令，用于各子阵波束合成板输出波束的二次合成，获得需要的阵面波束；所述DSP模块响应信息处理平台发送来的指令，生成满足要求的DBF参数矩阵，分配DBF参数到各个子阵波束合成板。（参见图5）。
该小型化分布式数字波束形成系统，它包括36个单元级数字收发子阵、36个子阵波束合成板、1个数字波束合成板、94根光纤（参见图1）；所述子阵波束合成板包含背板。每一个单元级数字收发子阵通过子阵波束合成板的32路高速差分连接器J1、高速差分连接器J2与背板正面的32个高速回波接口相连，背板背面的两个高速差分连接器XP01、高速差分连接器XP02分别与子阵波束合成板的两个高速差分连接器J1、高速差分连接器J2相连接（参见图2、图3、图4），将数字T/R组件通道的数据通过背板传输给子阵波束合成板。子阵波束合成板的2个多模光模块J3、多模光模块J4用于与数字波束合成板连接，子阵波束合成板的一个FPGA模块，用于将数字T/R组件中传来的32路回波信号根据数字波束合成板传来的DBF参数合成为16路回波信号。
数字波束合成板由8个12合1多模光模块、3个FPGA模块和1个DSP模块组成（参见图5），其中，8个12合1多模光模块连接接收子阵波束合成板传来的96路光纤数据，同时向子阵波束合成板发送DBF参数并连接信号处理平台，输出合成的阵面波束和接收信号处理的控制指令。3个FPGA模块用于各子阵波束合成板输出波束的二次合成，得到需要的阵面波束；一个DSP模块用于对信息处理系统发送来的指令进行响应，生成满足要求的DBF参数矩阵，再将其分配到各个子阵波束合成板中。此外，本发明的整个波束形成系统只需74根光纤构成信号通道，而实际设计了96路光纤信号通道，数字波束合成板留有22根光纤用于系统扩展使用，既不占空间，又具有灵活的可拓展性。
该小型化分布式数字波束形成系统，与现有单合成波束系统相比，当分布式雷达需要增加单元级子阵列扩大规模时，只需在本发明系统中给新增的单元级子阵列配备一个子阵波束合成板，再分别通过所述子阵波束合成板的2个多模光模块与数字波束合成板相连接，即可扩大规模，而无需重构整个系统；同时，避免单合成波束系统在一块处理板上处理海量数据，极大降低了重构成本及数据传输和处理设计的难度；当分布式雷达需要减少单元级子阵列减小规模时，由于本发明系统只预留22根光纤构成信号通路，不需要子阵列硬件额外增加设置很多接口，因此不会造成系统资源浪费，进一步降低了成本，具有很强的灵活性和扩展性。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (4)

1.一种小型化分布式数字波束形成系统，它包括单元级数字收发子阵、子阵波束合成板、数字波束合成板、数字T/R组件、信息处理平台；其特征在于：每一个单元级数字收发子阵配置一个子阵波束合成板，所述子阵波束合成板根据数字波束合成板下发的DBF参数，与接收到的数字T/R组件回波数据进行子阵级合成，数字波束合成板根据DBF参数对子阵级合成波束进行二次合成，输出阵面波束到信息处理平台；所述子阵波束合成板包括一个背板、两个高速差分连接器、两个多模光模块、一个FPGA模块；所述子阵波束合成板通过背板连接数字T/R组件，所述两个高速差分连接器与背板相连接，所述多模光模块各自通过光纤与数字波束合成板连接，子阵波束合成板的FPGA模块将数字T/R组件中传来的32路回波信号根据数字波束合成板传来的DBF参数合成为16路回波信号；所述的数字波束合成板设置有8个12合1多模光模块、3个FPGA模块和1个DSP模块，所述8个12合1多模光模块各自通过光纤与子阵波束合成板连接，发送DBF参数、接收子阵波束合成板发送的合成波束，以及连接信息处理平台，所述3个FPGA模块中的两个FPGA模块通过GTH高速接口分别与4个12合1多模光模块相连接，发送DBF参数给子阵波束合成板和接收子阵波束，两个FPGA模块各自通过4个SRIO高速接口将接收到的子阵波束信息发送给第三个FPGA模块并接收第三个FPGA发送的DBF参数；第三个FPGA模块作为信息控制的交换，接收信息处理平台发送的指令和DBF参数、接收两个FPGA发送的接收波束信息，第三个FPGA模块通过RS232或FPGA JTAG将信息处理指令发送给DSP模块，DSP模块发送DBF参数分配指令和波束合成指令，通过第三个FPGA模块发送给前述两个FPGA模块执行指令，用于各子阵波束合成板输出波束的二次合成，获得需要的阵面波束；所述DSP模块响应信息处理平台发送来的指令，生成满足要求的DBF参数矩阵，分配DBF参数到各个子阵波束合成板。
2.根据权利要求1所述的一种小型化分布式数字波束形成系统，其特征在于：所述的背板正面设置有32个高速回波接口，所述32个高速回波接口连接一个子阵所对应的数字T/R组件，背板的反面设置有两个高速差分连接器，所述高速差分连接器各自与子阵波束合成板上的两个高速差分连接器插装连接。
3.根据权利要求1所述的一种小型化分布式数字波束形成系统，其特征在于：所述的背板为盲插式背板。
4.根据权利要求1所述的一种小型化分布式数字波束形成系统，其特征在于：子阵波束合成板设置有两个多模光模块、1个FPGA模块、两个高速差分连接器，两个高速差分连接器分别与背板反面的两个高速差分连接器相连接，接收T/R组件发送回的32路回波数据；FPGA模块通过1个GTH高速接口与多模光模块进行通讯，接收数字波束合成板发送的DBF参数，同时也通过24个GTH高速接口与高速差分连接器相连接，将接收的32路回波信号与DBF参数合成为16路波束；FPGA模块将16路波束分为两个8路，分别通过1个高速总线接口发送给两个多模光模块，两个多模光模块分别通过光纤传送给数字波束合成板。
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