CN113067616B - 基于时间调制数字超表面的dbf相控阵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，由数字超表面阵列和功分馈电网络构成的收发天线，由收发开关、接收通道和发射通道组成的单路射频模块，用于调制超表面单元时序及编码的基带信号处理及控制板。其基本原理是：通过对数字超表面阵列实施周期性时间调制，分析接收信号的谐波特征来计算信号的入射方向，并重建信号的自相关矩阵以及波达方向信息用于自适应波束形成以及干扰零陷生成等，实现对干扰信号的屏蔽等功能。与传统DBF天线相比，时间调制DBF超表面只需要单路射频模块，极大地简化了射频系统的复杂度，系统的整体成本及功耗有着显著的下降。

Description

基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统
技术领域
本发明涉及一种基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统。
背景技术
近年来，为了抑制阵列天线所接收的干扰信号和噪声，更加有效地提取接收信号中的完整信息，基于数字波束形成(DBF)的相控阵系统应用而生。与传统相控阵不同，DBF相控阵把对移相器和衰减器的控制变为了直接对数字信号进行加权运算，使得系统具有超分辨波达方向(DOA)估计和自适应波束形成能力，在数字基带上运用高效的数字信号处理算法对阵列接收信号进行处理，使波束形成的主瓣对准期望信号的来波方向，零陷对准干扰信号的来波方向，从而使接收系统的分辨力、抗干扰能力及机动性等得到大大提高。
传统的N单元DBF相控阵，需要同时配置有N个射频模块，每个射频模块包括收发开关、接收通道和发射通道等。其中，接收通道上包含有低噪声放大器、下变频器、低噪声放大器与模数转换器(A/D)；发射通道上包含有数模转换器(D/A)、低通滤波器、上混频器、功率放大器等。为了实现自适应波束形成所需的足够自由度，需在每个天线阵元后都匹配一个RF模块，带来了庞大的系统开销，极大地增加了系统设计及加工的复杂度，并带来体积、功耗等的增加，很难满足系统轻量化等的需求，这些都极大地制约了传统DBF相控阵技术的应用范围。
近年来，集成了PIN二极管或变容二极管的数字超表面技术被应用于新型相控阵天线技术的研究中，通过对反射式或透射式数字超表面的实时数字编码相移，实现对入射电磁波的灵活智能调控，同样可以实现动态波束扫描和波束赋形等功能，且整个超表面阵列只需要匹配一个射频模块，从而有效降低了相控阵天线系统的成本、功耗及重量。但是，由于在馈源天线后只有一个接收通道，从而无法形成足够的自由度来实现自适应波束形成以抑制干扰和噪声信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统。
为解决上述问题，本发明提供一种基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，包括：
包括依次连接的收发天线、射频模块和基带信号处理及控制板，其中，
所述收发天线包括：数字超表面阵列和功分馈电网络，功分馈电网络与数字超表面阵列连接，数字超表面阵列与基带信号处理及控制板连接；
所述射频模块包括：收发开关、接收通道和发射通道，功分馈电网络与收发开关连接，接收通道和发射通道分别与收发开关连接；
所述基带信号处理及控制板，用于调制数字超表面阵列的每个单元的时序及编码，所述基带信号处理及控制板分别与所述接收通道和发射通道连接。
进一步的，在上述系统中，所述数字超表面阵列共包含M*N个单元，数字超表面阵列上每一个单元都分别对应独立的一路控制信号，总计M*N个控制信号都由所述基带信号处理及控制板上的FPGA来提供。
进一步的，在上述系统中，所述数字超表面阵列的每个单元包括交替排列的4层金属结构层和3层介质层，从上至下依次为：集成了PIN二极管的金属辐射贴片层、上层介质基板、偏置控制网络层、半固化介质粘结片、金属地板层、下层介质基板、功分馈电网络层。
进一步的，在上述系统中，所述金属辐射贴片由同轴的内层和外层的两个椭圆环构成，并在内外交界处集成了两个PIN二极管；外层的椭圆环通过金属化过孔与金属地板层相连接；内层的椭圆环与偏置控制网络层相连接。
进一步的，在上述系统中，所述功分馈电网络层采用微带功分网络、波导功分网络或基片集成波导功分网络和空间馈电的任一种形式。
进一步的，在上述系统中，所述偏置控制网络层对所述PIN二极管施加高低两种偏置电压，使得数字超表面阵列的每个单元的辐射波束呈现出0度和180度两种不同的相位，分别用于对应数码“0”和数码“1”。
进一步的，在上述系统中，所述接收通道上包括依次连接的低噪声放大器、下变频器、低噪声放大器与模数转换器；
发射通道上包括依次连接的数模转换器、低通滤波器、上混频器和功率放大器。
进一步的，在上述系统中，所述基带信号处理及控制板包括：FPGA和分别与所述FPGA连接的FPGA外围电路、串口通信以及电源系统，其中，所述 FPGA的输出引脚通输出0V低压电平或3.3V高压电平，用于驱动所述PIN二极管。
进一步的，在上述系统中，所述基带信号处理及控制板，用于当信号从不同方向入射到数字超表面阵列上，经过时间调制后，将产生不同特征的谐波分量；通过建立信号入射方向与产生的谐波分量特征之间的数学关系，以通过谐波特征估计出准确的信号入射方向。
进一步的，在上述系统中，所述基带信号处理及控制板，用于采用基于时间调制的单通道信号恢复方法，通过接收信号中的基波分量与谐波分量来重建数字超表面阵列的接收信号的自相关矩阵，利用与时间调制时序相关的谐波系数矩阵及最小二乘方法，将中频谐波信号变换为中频阵列接收信号；最后，待恢复数字超表面阵列上各单元接收的中频信号后，即采用最小方差准则、最小方差无失真响应及直接矩阵求逆的方法实现自适应波束形成。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明所涉及的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，通过对一比特数字编码单元施加灵活的周期性时间调制，可间接地对产生的谐波分量的幅度和相位进行精确的控制，且幅度相位控制的精度可根据实际应用需求进行调整与重构，有效克服了现有数字编码超表面相位量化精度较差的问题；
2、本发明所涉及的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，将时间调制阵列技术与数字编码超表面相结合，可通过谐波滤波方法恢复各超表面单元上接收的信号，从而实现超分辨波达方向(DOA)估计、自适应波束形成以及超分辨率空间谱估计；
3、与传统的DBF相控阵天线系统相比，本发明所涉及的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，只需要单路射频模块，从而极大地简化了射频系统的复杂度，极大降低了系统的成本和设计复杂度，同时系统的整体功耗也有着显著的下降；
4、本发明所涉及的基于谐波特征分析的时间调制数字超表面测向方法，其计算量主要集中在对基波分量和谐波分量进行频谱估计上，由于基于离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)的频谱估计算法已非常成熟，因此本项目研究的测向方法具有低运算复杂度。
附图说明
图1是本发明给出的基于时间调制数字超表面的新型DBF相控阵系统之框架示意图；
图2是本发明中新型时间调制数字超表面阵列天线结构示意图；
图3a是本发明中数字超表面阵列上编码分布全部为模态“1”和全部为模态“0”时的远场辐射幅度方向图；
图3b是本发明中数字超表面阵列上编码分布全部为模态“1”和全部为模态“0”时的远场辐射相位方向图；
图4为实施例三中数字超表面接收信号的频谱；
图5为实施例三中恢复的信号与原始信号的对比；
图6为实施例三中经过时间调制后的信号功率谱；
图7为实施例三中利用一次谐波恢复的阵列信号数据进行测向的MUSIC空间谱；
图8为实施例三中利用时间调制实现数字波束形成的波束方向图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，包括依次连接的收发天线、射频模块和基带信号处理及控制板，其中，
所述收发天线包括：数字超表面阵列和功分馈电网络，功分馈电网络与数字超表面阵列连接，数字超表面阵列与基带信号处理及控制板连接；
所述射频模块包括：收发开关、接收通道和发射通道，功分馈电网络与收发开关连接，接收通道和发射通道分别与收发开关连接；
所述基带信号处理及控制板，用于调制数字超表面阵列的每个单元的时序及编码，所述基带信号处理及控制板分别与所述接收通道和发射通道连接。
在此，本发明提供一种基于时间调制数字超表面的新型DBF相控阵系统，可以有效简化射频系统的复杂度，间接实现对各超表面单元谐波分量的幅度和相位独立调控，并具有空间谱估计以及自适应波束形成等功能。与传统DBF 天线相比，时间调制DBF超表面只需要单路射频模块，极大地简化了射频系统的复杂度，系统的整体成本及功耗有着显著的下降。
本发明的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统一实施例中，所述数字超表面阵列共包含M*N个单元，数字超表面阵列上每一个单元都分别对应独立的一路控制信号，总计M*N个控制信号都由所述基带信号处理及控制板上的FPGA来提供。
本发明的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统一实施例中，所述数字超表面阵列的每个单元包括交替排列的4层金属结构层和3层介质层，从上至下依次为：集成了PIN二极管的金属辐射贴片层、上层介质基板、偏置控制网络层、半固化介质粘结片、金属地板层、下层介质基板、功分馈电网络层。
本发明的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统一实施例中，所述金属辐射贴片由同轴的内层和外层的两个椭圆环构成，并在内外交界处集成了两个PIN二极管；外层的椭圆环通过金属化过孔与金属地板层相连接；内层的椭圆环与偏置控制网络层相连接。
本发明的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统一实施例中，所述功分馈电网络层采用微带功分网络、波导功分网络或基片集成波导(SIW)功分网络和空间馈电的任一种形式。
本发明的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统一实施例中，所述偏置控制网络层对所述PIN二极管施加高低两种偏置电压，使得数字超表面阵列的每个单元的辐射波束呈现出0度和180度两种不同的相位，分别用于对应数码“0”和数码“1”。
本发明的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统一实施例中，所述接收通道上包括依次连接的低噪声放大器、下变频器、低噪声放大器与模数转换器(A/D)；
发射通道上包括依次连接的数模转换器(D/A)、低通滤波器、上混频器和功率放大器。
本发明的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统一实施例中，所述基带信号处理及控制板包括：FPGA、FPGA外围电路(时钟，FLASH等)、串口通信以及电源系统，其中，所述FPGA的输出引脚通输出0V低压电平或3.3V 高压电平，用于驱动所述PIN二极管。
本发明的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统一实施例中，所述基带信号处理及控制板，用于当信号从不同方向入射到数字超表面阵列上，经过时间调制后，将产生不同特征的谐波分量；通过建立信号入射方向与产生的谐波分量特征之间的数学关系，以通过谐波特征估计出准确的信号入射方向。
本发明的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统一实施例中，所述基带信号处理及控制板，用于采用基于时间调制的单通道信号恢复方法，通过接收信号中的基波分量与谐波分量来重建数字超表面阵列的接收信号的自相关矩阵，利用与时间调制时序相关的谐波系数矩阵及最小二乘方法，将中频谐波信号变换为中频阵列接收信号。最后，待恢复数字超表面阵列上各单元接收的中频信号后，即采用最小方差准则(LCMV)、最小方差无失真响应 (MVDR)及直接矩阵求逆(SMI)的方法实现自适应波束形成。
具体的，本发明采用集成有PIN二极管的1-bit数字编码超表面阵列，且数字超表面阵列形式包含反射式数字编码超表面、透射式数字编码超表面和寄生辐射式数字编码超表面等各种形式。
本发明可通过对单元上集成的PIN二极管施加两种不同的偏置电压，可使数字超表面单元呈现出1-bit的相位响应，即0度和180度两种不同的相位，分别对应数码“0”和数码“1”。
本发明只需要单路射频模块，从而极大地简化了射频系统的复杂度，系统的整体成本及功耗有着显著的下降。
本发明利用1-bit数字超表面单元，对其进行周期性的时间调制后，可间接地对其产生的谐波分量的幅度和相位进行精确的控制，且幅相控制的精度是可重构的，能够根据实际应用需要进行调整。
在数字超表面系统中，本发明引入基于谐波特征分析的时间调制阵列测向方法，提高了数字超表面系统对目标方位的感知能力。
本发明采用基于时间调制的单通道信号恢复方法，通过接收信号中的基波分量与谐波分量来重建超表面接收信号的自相关矩阵，进而利用空间谱估计以及自适应波束形成算法，实现对相干信源的方位估计以及在干扰方向上生成零陷。
本发明将时间调制阵列技术与数字超表面相结合，通过对超表面单元施加灵活的周期性时间调制来实现对超表面单元的幅度相位加权，并通过谐波滤波方法恢复各超表面单元上接收的信号，从而实现超分辨波达方向(DOA) 估计、自适应波束形成以及超分辨率空间谱估计，不仅可有效克服现有数字编码超表面相位分辨率较低的缺陷，还能实现高精度的低副瓣方向图综合、波束扫描、自适应波束形成以及精确测向等，能够在敌方探测雷达的方向上自动生成零陷，从而实现抗干扰，其整体性能与传统DBF天线基本一致。与传统DBF天线相比，时间调制DBF超表面极大地简化了射频系统的复杂度，由于通道数的减少，系统的整体成本及功耗有着显著的下降。
详细的，请先参阅图1给出的基于时间调制数字超表面的新型DBF相控阵系统框架示意图，可以看到，系统主要包含以下部分：由数字超表面阵列和功分馈电网络构成的收发天线，由收发开关、接收通道和发射通道组成的射频模块，用于调制超表面单元时序及编码的基带信号处理及控制板。
实施例1:一比特时间调制数字超表面收发天线阵
请同时参阅图2至图3a、3b。
本实施例中我们构建一个8×8阵元的一比特数字式超表面天线阵，天线中心工作频率为7.5GHz，阵元间距为λ/2，阵列整体尺寸为 160mm×160mm×2.339mm，阵列通过微带功分网络进行馈电，阵列详细结构可参阅图2。
该一比特数字式超表面天线阵包含了交替排列的4层金属结构层和3层介质层，从上至下依次为：集成了PIN二极管的金属辐射贴片层1、上层介质基板、偏置控制网络层3、半固化介质粘结片、金属地板层、下层介质基板、功分馈电网络层4。其中，顶层金属辐射贴片由同轴的内外两个椭圆环构成，并在内外交界处集成了两个PIN二极管2；外层椭圆环通过金属化过孔与金属地板层相连接；内层椭圆环与偏置控制网络层相连接；偏置控制网络层将阵列上每一个单元所对应的一路独立控制信号与基带控制板上的FPGA输出引脚相绑定；功分馈电网络层可采用微带功分网络、波导功分网络、基片集成波导 (SIW)功分网络和空间馈电等各种形式。上层介质基板的相对介电常数及厚度分别为εr1＝3.55和h1＝1.524mm，半固化介质粘结片的相对介电常数及厚度分别为εr2＝3.52和h2＝0.101mm，下层介质基板的相对介电常数及厚度分别为εr3＝3.55和h3＝0.508mm。
在实际工作中，通过偏置控制网络层对任意单元施加两种不同的偏置电压，即可使得编码超表面天线单元的辐射波束呈现出180度的相位差，分别对应于数码“1”和数码“0”。进一步地，通过FPGA输出引脚配置数字超表面阵列上单元编码分布即可生成不同形状的辐射波束。本实施例中，分别设置数字超表面阵列上编码分布全部为模态“1”和全部为模态“0”，得到超表面阵远场辐射幅度及相位方向图如图3a、3b所示，可以看到，两种编码分布下阵列增益基本一致，但辐射场的相位差保持在180°。
实施例2:基于时间调制数字超表面的精确方位感知
首先，给出基本原理如下：
考虑一个N单元线性时间调制阵列，其阵元间距为D。假设载波频率为Fc的单元信号从θ方向入射到阵列上。以第一个单元作为参考，对数字超表面单元进行周期性调制，经过空间馈电合路后，接收到的射频信号先后经过低噪声放大器、混频器和低通滤波器。经过下变频后，由模数转换器进行采样。在数字域中，由离散傅里叶变换或快速傅里叶变换对其中的基波和前N-1谐波分量进行估计，得到谐波特征向量。再对数字超表面各单元上的调制时序进行傅里叶级数展开，得到各单元上的基波分量与前N-1次谐波分量的傅里叶系数组成谐波特征矩阵。将谐波特征矩阵的逆矩阵与谐波特征向量相乘得到阵列流型向量。由阵列流型向量即可计算信号的入射方向。
依据上述原理，进一步给出具体实施例，假设频率为7.5GHz的单频信号从远场分别从
Figure RE-GDA0003053196490000111
和
Figure RE-GDA0003053196490000112
入射到实施例一中8×8元时间调制数字超表面阵列上。将时间调制数字超表面阵上垂直于入射场的每列8个单元作为一个子阵，采用时序控制依次导通8个子阵，调制频率为10MHz (相应的调制周期为0.1us)。设采样频率为10GHz，采集8个调制周期的数据用于估计接收信号的频谱，系统的信噪比为10dB。
当信号从+35°方向入射时，其-2次谐波具有最大值；相应的，当信号从 -20°方向入射时，+1次谐波具有最大值。可见，当信号从不同方向入射时，接收信号的谐波特征发生变化。通过估计经过时间调制后的信号的谐波特征，即可以估计信号的到达方向。
实施例3:基于时间调制数字超表面的波束形成
请同时参阅图4至图8。
为实现基于时间调制的数字超表面自适应波束形成，首先需在时间调制的约束框架下，恢复数字超表面上各单元接收的信号。由于经过空间馈电合成后仅有一路信号，为实现数字超表面上接收信号的分离，需借助经过周期性时间调制后产生的谐波分量，其思路如下：数字超表面接收的信号经过时间调制后，经过空间馈电进入接收天线，经过低噪声放大、下变频后，将其进行模数转换变换至数字域内处理。在数字域，采样的信号经过一组带通滤波器组，根据传输的信号带宽分别滤出2*Q+1次基波及谐波分量(要求2*Q+1>N，N为阵元数)，再将各次谐波变频到相同的中频F0上，然后，利用与时间调制时序相关的谐波系数矩阵及最小二乘方法，将中频谐波信号变换为中频阵列接收信号。待恢复数字超表面上各单元接收的中频信号后，即可用LCMV、MVDR以及SMI等方法实现自适应波束形成，使得生成的波束指向特定目标并在干扰方向上生成零陷。
为直观说明上述的数字超表面上的信号恢复方法，依据上述原理，进一步给出具体实施例来说明数字超表面信号恢复方法。假定两个窄带信号从远场入射到数字超表面上，其入射角度分为为-10°和+25°。选取-16次到+16 次谐波分量进行信号恢复，设置信噪比为10dB，调制频率为100KHz，采集数据的调制周期数为30。由于数字超表面上的射频信号经过周期性调制，会产生基波分量与谐波分量，其中谐波信号之间的频谱间隔等于调制频率。数字超表面接收信号的频谱如图4所示。采用上述的信号恢复方法后，得到的信号与原始信号的对比如图5所示。从图中可以看出，经过谐波数据恢复后，得到的数字超表面单元上的接收信号与原始信号的差异已经很小。
进一步地，考虑8*8平面阵列，均匀调制，调制频率为10MHz，中心频率为7.5GHz。设两个窄带BPSK信源从远场分别[70°,60°]及[250°,45°]的角度入射到该阵列上，数据率低于调制频率的间隔，比特率为0.1Mbit/s，设置接收机的信噪比为10dB,经过合路器后的信号功率谱如图6所示。图7给出了利用一次谐波恢复的阵列信号数据进行测向的MUSIC空间谱，图中可见在[70°,60°]及[250°,45°]两个角度有明显的谱峰，搜索谱峰便可得到测向角度。
图8给出了利用该流程进行数字波束形成的结果，其目标是采用等相位数字加权方法，使得DBF的波束指向[70°,60°]。从图中可以看出，形成的数字波束也指向设定的来波方向。
本发明具有如下的有益效果：
1、本发明所涉及的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，通过对一比特数字编码单元施加灵活的周期性时间调制，可间接地对产生的谐波分量的幅度和相位进行精确的控制，且幅度相位控制的精度可根据实际应用需求进行调整与重构，有效克服了现有数字编码超表面相位量化精度较差的问题；
2、本发明所涉及的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，将时间调制阵列技术与数字编码超表面相结合，可通过谐波滤波方法恢复各超表面单元上接收的信号，从而实现超分辨波达方向(DOA)估计、自适应波束形成以及超分辨率空间谱估计；
3、与传统的DBF相控阵天线系统相比，本发明所涉及的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，只需要单路射频模块，从而极大地简化了射频系统的复杂度，极大降低了系统的成本和设计复杂度，同时系统的整体功耗也有着显著的下降；
4、本发明所涉及的基于谐波特征分析的时间调制数字超表面测向方法，其计算量主要集中在对基波分量和谐波分量进行频谱估计上，由于基于离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)的频谱估计算法已非常成熟，因此本项目研究的测向方法具有低运算复杂度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，包括依次连接的收发天线、射频模块和基带信号处理及控制板，其中：
所述收发天线包括：数字超表面阵列和功分馈电网络，功分馈电网络与数字超表面阵列连接，数字超表面阵列与基带信号处理及控制板连接；
所述射频模块包括：收发开关、接收通道和发射通道，功分馈电网络与收发开关连接，接收通道和发射通道分别与收发开关连接；
所述基带信号处理及控制板，用于调制数字超表面阵列的每个单元的时序及编码，所述基带信号处理及控制板分别与所述接收通道和发射通道连接；
所述数字超表面阵列共包含M*N个单元，数字超表面阵列上每一个单元都分别对应独立的一路控制信号，总计M*N个控制信号都由所述基带信号处理及控制板上的FPGA来提供；
所述数字超表面阵列的每个单元包括交替排列的4层金属结构层和3层介质层，从上至下依次为：集成了PIN二极管的金属辐射贴片层、上层介质基板、偏置控制网络层、半固化介质粘结片、金属地板层、下层介质基板、功分馈电网络层；
所述金属辐射贴片由同轴的内层和外层的两个椭圆环构成，并在内外交界处集成了两个PIN二极管；外层的椭圆环通过金属化过孔与金属地板层相连接；内层的椭圆环与偏置控制网络层相连接；
所述基带信号处理及控制板，用于当信号从不同方向入射到数字超表面阵列上，经过时间调制后，将产生不同特征的谐波分量；通过建立信号入射方向与产生的谐波分量特征之间的数学关系，以通过谐波特征估计出准确的信号入射方向；
所述基带信号处理及控制板，用于采用基于时间调制的单通道信号恢复方法，通过接收信号中的基波分量与谐波分量来重建数字超表面阵列的接收信号的自相关矩阵，利用与时间调制时序相关的谐波系数矩阵及最小二乘方法，将中频谐波信号变换为中频阵列接收信号；最后，待恢复数字超表面阵列上各单元接收的中频信号后，即采用最小方差准则、最小方差无失真响应及直接矩阵求逆的方法实现自适应波束形成。
2.如权利要求1所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述功分馈电网络层采用微带功分网络、波导功分网络或基片集成波导功分网络和空间馈电的任一种形式。
3.如权利要求1所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述偏置控制网络层对所述PIN二极管施加高低两种偏置电压，使得数字超表面阵列的每个单元的辐射波束呈现出0度和180度两种不同的相位，分别用于对应数码“0”和数码“1”。
4.如权利要求1所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述接收通道上包括依次连接的低噪声放大器、下变频器、低噪声放大器与模数转换器；
发射通道上包括依次连接的数模转换器、低通滤波器、上混频器和功率放大器。
5.如权利要求1所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述基带信号处理及控制板包括：FPGA和分别与所述FPGA连接的FPGA外围电路、串口通信以及电源系统，其中，所述FPGA的输出引脚通输出0V低压电平或3.3V高压电平，用于驱动所述PIN二极管。
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