CN116683965B - 一种数字波束合成装置、方法和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种数字波束合成装置、方法和存储介质，其中，该数字波束合成装置包括：控制合成单元，分别与控制合成单元通信连接的缓冲单元及转化分配单元；转化分配单元，用于将目标信号转化为数字信号，并根据数字信号的频率对数字信号的数据进行分配，得到阵元信号数据；控制合成单元，用于将阵元信号数据写入缓冲单元，还用于获取缓冲单元中由阵元信号数据合成的数据块，对数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号，将波束合成信号输出至缓冲单元。通过本申请，实现了对相控阵馈源的数据进行实时接收和波束合成。
Description
技术领域
本申请涉及天文相控阵馈源领域，特别是涉及一种数字波束合成装置、方法和存储介质。
背景技术
天文相控阵馈源（Phased Array Feed, PAF）及其终端技术是新兴的竞争前沿，是支撑重大科学突破的必然选择。PAF由紧密排列的接收单元（阵元）组成，通过波束合成对各个阵元的信号进行加权求和，调控各个阵元的幅度和相位，使得合成的波束相互交叠、相位中心紧密相邻，从而对焦平面区域进行完全采样，实现连续的大视场覆盖以提高巡天效率，解决了焦平面阵列因馈源分立而不能实现真正意义上的连续大视场的问题。
波束合成是PAF系统的核心技术，也是影响整个PAF系统灵敏度、系统噪声以及观测效率的关键因素。在实际观测中，由于PAF的接收单元很多，将每个单元的数据存储下来后进行处理的波束合成方法需要消耗大量的存储资源，因此需要能够在观测中实时地进行波束合成。现有的实时数字波束合成技术大都基于FPGA实现，但FPGA编程复杂度高且不利于拓展，因此无法对相控阵馈源的数据进行实时接收和波束合成。
针对相关技术中存在无法对相控阵馈源的数据进行实时接收和波束合成的问题，目前还没有提出有效的解决方案。
发明内容
在本实施例中提供了一种数字波束合成装置、方法和存储介质，以解决相关技术中无法对相控阵馈源的数据进行实时接收和波束合成的问题。
第一个方面，在本实施例中提供了一种数字波束合成装置，所述装置包括：控制合成单元，分别与所述控制合成单元通信连接的缓冲单元及转化分配单元；
所述转化分配单元，用于将目标信号转化为数字信号，并根据所述数字信号的频率对所述数字信号的数据进行分配，得到阵元信号数据；
所述控制合成单元，用于将所述阵元信号数据写入所述缓冲单元，还用于获取所述缓冲单元中的由阵元信号数据合成的数据块，对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号，将所述波束合成信号输出至所述缓冲单元。
在其中的一些实施例中，所述装置还包括：相控阵接收单元，所述相控阵接收单元与所述转化分配单元通信连接；
所述相控阵接收单元用于接收电磁波信号，并将所述电磁波信号转化为所述目标信号。
在其中的一些实施例中，所述缓冲单元包括输入环形缓冲区和输出环形缓冲区；
所述输入环形缓冲区，用于接收所述控制合成单元发送的所述阵元信号数据，还用于传输所述数据块至所述控制合成单元；
所述输出环形缓冲区，用于获取所述控制合成单元发送的波束合成信号。
在其中的一些实施例中，所述装置还包括硬盘，所述硬盘与所述控制合成单元通信连接；
所述硬盘，用于接收并存储所述输出环形缓冲区发送的波束合成信号。
第二个方面，在本实施例中提供了一种数字波束合成方法，所述方法包括：
获取转化分配单元发送的阵元信号数据，将阵元信号数据写入输入环形缓冲区；
获取输入环形缓冲区中由阵元信号数据合成的数据块，并对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号；
发送所述波束合成信号至输出环形缓冲区，以使所述输出环形缓冲区实时输出波束合成信号。
在其中的一些实施例中，所述获取所述转化分配单元发送的阵元信号数据，将所述阵元信号数据写入所述输入环形缓冲区，包括：
对所述转化分配单元发送的阵元信号数据的数据包进行解析，并将解析后的数据按照预设的频率序列写入所述输入环形缓冲区。
在其中的一些实施例中，所述获取所述输入环形缓冲区中由阵元信号数据合成的数据块，并对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号，包括：
获取波束合成因子及不同频率通道的信号；
将所述不同频率通道的信号与所述波束合成因子进行处理得到波束合成信号。
在其中的一些实施例中，所述获取波束合成因子，包括：
获取相控阵接收单元中的信号源信号及噪声信号，得到所述信号源信号及所述噪声信号的协方差矩阵；
计算所述信号源信号与所述噪声信号的协方差矩阵的比值；
当所述比值在预设范围内时，确定所述比值为所述波束合成因子。
在其中的一些实施例中，所述将所述不同频率通道的信号与所述波束合成因子进行处理得到波束合成信号，包括：
获取所述相控阵接收单元发送的数据中单通道的数据矩阵，多个所述单通道的数据矩阵的集合为总数据矩阵；
将所述单通道的数据矩阵的数据通过所述波束合成因子进行加权合成为波束信号数据，并得到加权矩阵；
计算所述总数据矩阵与所述加权矩阵的乘积，即为所述波束合成信号。
第三个方面，在本实施例中提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第二个方面所述的数字波束合成方法。
与相关技术相比，在本实施例中提供的一种数字波束合成装置、方法和存储介质，通过获取转化分配单元发送的阵元信号数据，将阵元信号数据写入输入环形缓冲区；获取输入环形缓冲区中由阵元信号数据合成的数据块，并对数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号；发送波束合成信号至输出环形缓冲区，以使输出环形缓冲区实时输出波束合成信号，实现了对相控阵馈源的数据进行实时接收和波束合成。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本实施例的一种数字波束合成装置的示意图；
图2是单个频率通道合成单个波束的示意图；
图3是本实施例的另一种数字波束合成装置的示意图；
图4是本实施例的另一种数字波束合成装置的示意图；
图5是本申请实施例一种数字波束合成装置的结构框图；
图6是本实施例的数字波束合成方法的流程图。
附图标记说明：1、控制合成单元；2、缓冲单元；3、转化分配单元；21、输入环形缓冲区；22、输出环形缓冲区；4、相控阵接收单元；5、硬盘。
具体实施方式
为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。
除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块（单元）的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块（单元），而可包括未列出的步骤或模块（单元），或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块（单元）。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。
在本实施例中提供了一种数字波束合成装置，图1是本实施例的一种数字波束合成装置的示意图，如图1所示，该数字波束合成装置包括：控制合成单元1、缓冲单元2和转化分配单元3。
控制合成单元1分别与缓冲单元2及转化分配单元3通信连接；当转化分配单元3接收到目标信号后，将目标信号转化为数字信号，并根据数字信号的频率对数字信号的数据进行分配，得到阵元信号数据。转化分配单元3将得到的阵元信号数据传输至控制合成单元1中，控制合成单元1获取阵元信号数据后，将阵元信号数据写入缓冲单元2内；其中，控制合成单元1与转化分配单元3进行单向通信传输，控制合成单元1接收转化分配单元3传输的数据；控制合成单元1与缓冲单元2进行双向通信传输。当缓冲单元2接收阵元信号数据后，将阵元信号数据组合成数据块，控制合成单元1获取缓冲单元2中的由阵元信号数据合成的数据块，并对数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号；其后，将得到的波束合成信号输出至缓冲单元2中。
具体地，在本实施例中，转化分配单元3包括ADC(Analog to Digital Converter，模数转换器)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)及交换机，目标信号为处理后的模拟电压信号，其中，目标信号在转化分配单元3的ADC中被转化为数字信号，同时通过FPGA并根据数字信号的频率对数字信号数据进行频率通道化，交换机将通道化后的数字信号的数据按照频率通道进行分配得到阵元信号数据。转化分配单元3将阵元信号数据传输至控制合成单元1中的不同计算节点，控制合成单元1由CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)和GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)组成；CPU接收转化分配单元3传输的阵元信号数据，对接收的阵元信号数据按照频率顺序写入缓冲单元2，以实现内存和显存之间数据的高速传输；缓冲单元2具体为环形缓冲区，环形缓冲区是一种用于表示一个固定尺寸且头尾相连的缓冲区的数据结构，可以同时对缓冲区的不同区域进行读和写操作，将其应用在CPU和GPU之间能够提高数据的交换速率，满足实时数据流的处理需求。其后缓冲单元2输出由阵元信号数据组成的数据块至GPU中，GPU将数据块拷贝至显存中，并分发至不同的核心，以进行大批量波束合成算法的并行运算，得到波束合成信号，并将波束合成信号输出至缓冲单元2中。其中，波束合成是通过调整不同相控阵馈源接收单元之间的增益和时延使某个特定方向的信号增强，时域的延时对应频域的相位，数字波束合成通过对数据流进行加权叠加实现，等效于对数字波束的塑形。数字波束合成中进行加权叠加的系数称为波束合成因子，通过对已知方向和强度的信号源进行测量得到。并且时域的延时在不同频率所对应的相位不同，因此不同频率通道需要独立测量对应的波束合成因子。
具体地，使用最大信噪比的方法求解波束合成因子，步骤如下：
步骤一，将相控阵馈源指向信号源，此时接收到的信号，M为接收单元数目，即长度为M的矢量为：
其中，s为信号源发射的信号，w H 为每个接收单元对信号的增益。
步骤二，将相控阵馈源指向没有信号源的方向，共M路信号，此时接收到的信号只有噪声：
其中，n为噪声信号，w H 为每个接收单元对信号的增益。
步骤三，分别求解信号和噪声的协方差矩阵：
其中，
步骤四，求解使得信号与噪声协方差矩阵比值最大时的w，即为所求波束合成因子w msnr ：
特别地，求解波束合成因子也可转化为求解最大广义特征值：
其中，λmax为最大广义特征值，w msnr 为对应的广义特征向量。
波束合成的本质是通过调整不同相控阵馈源接收单元之间的增益和时延使某个特定方向（即合成波束的方向）的信号增强。在实现上，数字波束合成的方法是对通道化后的数据（即频域数据）进行处理，即对不同频率通道的信号和波束合成因子相乘后叠加。其中增益调整通过波束合成因子的幅度实现，延时调整通过波束合成因子的相位实现。
具体地，波束合成单元中每个接收单元的数据格式为T×F，其中T为时间序列，F为频率通道，则总输入数据大小为F×T×M；波束合成就是将M个接收单元的信号通过加权叠加合成为N个波束的信号，并且F个频率通道需要使用不同的合成系数即波束合成因子独立运算，因此波束合成因子矩阵的大小为F×M×N；波束合成在GPU中相当于F个批量的复矩阵乘法，即F个T×M大小的复矩阵与M×N大小的复矩阵相乘，最终输出结果为F个T×N大小的复矩阵，即为波束合成的结果。
图2是单个频率通道合成单个波束的示意图，如图2所示，其中s(θ)为在θ方向上目标源的信号；x 1 ~x M 对应M个接收单元的接收信号；对应每个接收单元对应的波束合成因子，最终波束合成信号表示为：
即M个接收单元的接收信号与每个接收单元对应的波束合成因子的累积。
图3是本实施例的另一种数字波束合成装置的示意图，如图3所示，该数字波束合成装置包括：控制合成单元1、缓冲单元2和转化分配单元3，其中，缓冲单元2包括输入环形缓冲区21和输出环形缓冲区22。
控制合成单元1分别与缓冲单元2及转化分配单元3通信连接；控制合成单元1还分别与缓冲单元2中的输入环形缓冲区21和输出环形缓冲区22通信连接；当转化分配单元3接收到目标信号后，将目标信号转化为数字信号，并根据数字信号的频率对数字信号的数据进行分配，得到阵元信号数据。转化分配单元3将得到的阵元信号数据传输至控制合成单元1中，控制合成单元1获取阵元信号数据后，将阵元信号数据写入缓冲单元2的输入环形缓冲区21内；其中，控制合成单元1与转化分配单元3进行单向通信传输，控制合成单元1接收转化分配单元3传输的数据；控制合成单元1与缓冲单元2进行双向通信传输。当缓冲单元2接收阵元信号数据后，存储至输入环形缓冲区21，并将阵元信号数据组合成数据块，控制合成单元1获取缓冲单元2的输入环形缓冲区21中由阵元信号数据合成的数据块，并对数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号；其后，将得到的波束合成信号输出至缓冲单元2中的输出环形缓冲区22内。
具体地，目标信号即处理后的模拟电压信号在转化分配单元3的ADC中被转化为数字信号，同时通过转化分配单元3的FPGA并根据数字信号的频率对数字信号数据进行频率通道化，交换机将通道化后的数字信号的数据按照频率通道进行分配得到阵元信号数据，转化分配单元3将阵元信号数据传输至控制合成单元1中，控制合成单元1中的CPU接收转化分配单元3传输的阵元信号数据，对接收的阵元信号数据按照频率顺序写入缓冲单元2的输入环形缓冲区21内，以实现内存和显存之间数据的高速传输；缓冲单元2具体为环形缓冲区，环形缓冲区是一种用于表示一个固定尺寸且头尾相连的缓冲区的数据结构，可以同时对缓冲区的不同区域进行读和写操作，将其应用在CPU和GPU之间能够提高数据的交换速率，满足实时数据流的处理需求。其后缓冲单元2输出由阵元信号数据组成的数据块至GPU中，GPU将数据块拷贝至显存中，并分发至不同的核心，以进行大批量波束合成算法的并行运算，得到波束合成信号，并将波束合成信号输出至缓冲单元2中的输出环形缓冲区22内，通过缓冲单元2同时实现对相关数据的写入和读取。
图4是本实施例的另一种数字波束合成装置的示意图，如图4所示，该数字波束合成装置包括：控制合成单元1、缓冲单元2、转化分配单元3和相控阵接收单元4和硬盘5，其中，缓冲单元2包括输入环形缓冲区21和输出环形缓冲区22。
控制合成单元1分别与缓冲单元2及转化分配单元3通信连接；控制合成单元1还分别与缓冲单元2中的输入环形缓冲区21和输出环形缓冲区22通信连接；相控阵接收单元4与转化分配单元3通信连接；硬盘5与控制合成单元1通信连接。
相控阵接收单元4接收电磁波信号后，将电磁波信号转化为目标信号即处理后的模拟电压信号；当转化分配单元3接收到目标信号后，将目标信号转化为数字信号，并根据数字信号的频率对数字信号的数据进行分配，得到阵元信号数据。转化分配单元3将得到的阵元信号数据传输至控制合成单元1中，控制合成单元1获取阵元信号数据后，将阵元信号数据写入缓冲单元2的输入环形缓冲区21内；其中，控制合成单元1与转化分配单元3进行单向通信传输，控制合成单元1接收转化分配单元3传输的数据；控制合成单元1与缓冲单元2进行双向通信传输。当缓冲单元2接收阵元信号数据后，存储至输入环形缓冲区21，并将阵元信号数据组合成数据块，控制合成单元1获取缓冲单元2的输入环形缓冲区21中由阵元信号数据合成的数据块，并对数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号；其后，将得到的波束合成信号输出至缓冲单元2中的输出环形缓冲区22内，缓冲单元2的输出环形缓冲区22将波束合成信号发送至硬盘5中进行存储，硬盘5接收并存储输出环形缓冲区22发送的波束合成信号。
具体地，目标信号即处理后的模拟电压信号在转化分配单元3的ADC中被转化为数字信号，同时通过转化分配单元3的FPGA并根据数字信号的频率对数字信号数据进行频率通道化，交换机将通道化后的数字信号的数据按照频率通道进行分配得到阵元信号数据，转化分配单元3将阵元信号数据传输至控制合成单元1中，控制合成单元1中的CPU接收转化分配单元3传输的阵元信号数据，对接收的阵元信号数据按照频率顺序写入缓冲单元2的输入环形缓冲区21内，以实现内存和显存之间数据的高速传输；缓冲单元2具体为环形缓冲区，环形缓冲区是一种用于表示一个固定尺寸且头尾相连的缓冲区的数据结构，可以同时对缓冲区的不同区域进行读和写操作，将其应用在CPU和GPU之间能够提高数据的交换速率，满足实时数据流的处理需求。其后缓冲单元2输出由阵元信号数据组成的数据块至GPU中，GPU将数据块拷贝至显存中，并分发至不同的核心，以进行大批量波束合成算法的并行运算，得到波束合成信号，并将波束合成信号输出至缓冲单元2中的输出环形缓冲区22内，通过缓冲单元2同时实现对相关数据的写入和读取，缓冲单元2的输出环形缓冲区22将波束合成信号发送至硬盘5中进行存储，硬盘5接收并存储输出环形缓冲区22发送的波束合成信号。
图5是本申请实施例一种数字波束合成装置的结构框图，如图5所示，该装置包括模拟前端和数字后端，其中模拟前端包括相控阵接收单元和放大器组，数字后端包括模数转换器ADC、现场可编程门阵列FPGA、用于对数据包合并分发的交换机、以及用于数字波束合成的中央处理器CPU和图像处理器GPU集群、环形缓冲区、硬盘；特别地，环形缓冲区是一段有长度的内存空间，即一种数据结构，与CPU和GPU集群进行相互通信。需要说明的是，这里的相控阵接收单元和放大器组即为前述实施例中所述的相控阵接收单元；ADC、FPGA和交换机即为前述实施例中所述的转化分配单元；CPU和GPU集群即为前述实施例中所述的控制合成单元。
当相控阵接收单元接收到电磁波信号后，通过放大器组对电磁波信号进行处理；其后将处理后得到的模拟电压信号发送至数字后端，通过ADC进行模数转化，将模拟电压信号转化为数字信号，其后通过FPGA对数字信号数据进行通道化处理，即根据数字信号的频率对数字信号数据进行频率通道化；FPGA中存储并执行所述模数转化和频率通道化代码；将频率通道化后的数字信号数据包传输至交换机，具体地，该交换机为数据交换机，数据交换机根据数字信号的频率对数字信号的数据包进行分配，实现数据包的多对多收发。交换机将数据包传输至CPU中，CPU将接收到的数据包进行解包和排列，将解包排列后的数据写入环形缓冲区内；GPU读取环形缓冲中的数据和波束合成系数，进行大批量的波束合成计算并将结果写入环形缓冲区，硬盘将输出环形缓冲中的波束合成数据进行存储。通过环形缓冲区同时实现对内存的写入和读取，有利于节约大量的数据拷贝时间，通过大批量独立矩阵乘法运算及GPU多核运行实现对波束合成的加速，进而有利于保障处理电磁波信号相关数据的实时性。需要说明的是，这里的环形缓冲区即为前述实施例中所述的缓冲单元；波束合成系数即为前述实施例中所述的波束合成因子。
基于现有的FPGA板卡和计算资源，验证数据流的实时传输和处理流程为：
1）设置pipeline（管道）相关参数。
具体地，设置并开启两个环形缓冲区，两个环形缓冲区分别设置为输入环形缓冲区a000和输出环形缓冲区b000，其中a000用于CPU内存数据的写入和供GPU读取数据，b000用于GPU处理完成之后数据的写入以及存储到磁盘；设置数据的存储路径dir_raw和dir_bmf分别存储原始数据和波束合成之后的数据；设置GPU上的运行程序。
2）配置PSRDADA数据。
具体地，设置数据头，包括所需的时间，频率等信息，其中，PSRDADA是一个公开的天文数据存储库，其中包含有关行星、恒星、星系和宇宙其他方面的数据。
3）开启仿真数据流传输。
具体地，UDP格式的数据包并以10Gbps的速率传入目标ip和端口。
4）存储GPU处理后的数据。
具体地，将经过GPU处理后的数据写入b000中，同时将从b000读出的数据存入硬盘中。
在本实施例中提供了一种数字波束合成方法，应用于一种数字波束合成装置中的控制合成单元。图6是本实施例的数字波束合成方法的流程图，如图6所示，该流程包括如下步骤：
步骤S610，获取转化分配单元发送的阵元信号数据，将阵元信号数据写入输入环形缓冲区。
具体地，控制合成单元分别与缓冲单元及转化分配单元通信连接；控制合成单元与转化分配单元进行单向通信传输；转化分配单元将得到的阵元信号数据传输至控制合成单元中，控制合成单元获取阵元信号数据后，将阵元信号数据写入缓冲单元内。
步骤S620，获取输入环形缓冲区中由阵元信号数据合成的数据块，并对数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号。
具体地，当缓冲单元接收阵元信号数据后，将阵元信号数据组合成数据块，控制合成单元获取缓冲单元中由阵元信号数据合成的数据块，并对数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号。
步骤S630，发送波束合成信号至输出环形缓冲区，以使输出环形缓冲区实时输出波束合成信号。
具体地，控制合成单元将得到的波束合成信号输出至缓冲单元中，进而缓冲单元将波束合成信号输出至其他存储介质或者计算节点中。
通过上述步骤S610至步骤S630，转化分配单元将得到的阵元信号数据传输至控制合成单元中，控制合成单元获取阵元信号数据后，将阵元信号数据写入缓冲单元内；其中，控制合成单元与转化分配单元进行单向通信传输，控制合成单元与缓冲单元进行双向通信传输。控制合成单元接收转化分配单元传输的数据；当缓冲单元接收阵元信号数据后，将阵元信号数据组合成数据块，控制合成单元获取缓冲单元中的由阵元信号数据合成的数据块，并对数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号；其后，控制合成单元将得到的波束合成信号输出至缓冲单元中。通过实现对内存的写入和读取的缓冲单元和实现对数据流进行处理的控制合成单元，有利于节约大量的数据拷贝时间，进而保障了数据流处理的实时性。
在其中的一些实施例中，步骤S610包括步骤S611。
步骤S611，对转化分配单元发送的阵元信号数据的数据包进行解析，并将解析后的数据按照预设的频率序列写入输入环形缓冲区。
具体地，控制合成单元对转化分配单元发送的阵元信号数据的数据包进行解析，并将解析后的数据按照预设的频率序列写入输入环形缓冲区，有利于对数据进行有顺序地处理，进一步提高实时处理数据流的效率。预设的频率序列可以为从低频率到高频率的序列，也可以为从高频率到低频率的序列，在本实施例中预设的频率序列为从低频率到高频率序列。
在其中的一些实施例中，步骤S620包括步骤S621至步骤S622。
步骤S621，获取波束合成因子及不同频率通道的信号；
具体地，控制合成单元获取相控阵接收单元中的信号源信号及噪声信号，得到信号源信号及噪声信号的协方差矩阵，计算信号源信号与噪声信号的协方差矩阵的比值。当比值在预设范围内时，确定比值为波束合成因子。示例性地，获取最大的比值，确定比值的最大值为波束合成因子。
步骤S622，将不同频率通道的信号与波束合成因子进行处理得到波束合成信号。
具体地：控制合成单元获取相控阵接收单元发送的数据中单通道的数据矩阵，多个单通道的数据矩阵的集合为总数据矩阵；将单通道的数据矩阵的数据通过波束合成因子进行加权合成为波束信号数据，并得到加权矩阵；计算总数据矩阵与加权矩阵的乘积，即为波束合成信号。
通过上述步骤S621至步骤S622，控制合成单元获取波束合成因子及不同频率通道的信号，将不同频率通道的信号与波束合成因子进行处理得到波束合成信号。有利于分别对不同频率通道的信号进行波束合成处理，进而有利于提高对数据流的实时处理效率。
此外，结合上述实施例中提供的一种数字波束合成方法，在本实施例中还可以提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种数字波束合成方法。
应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。
显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。
“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种数字波束合成装置，其特征在于，所述装置包括：控制合成单元，分别与所述控制合成单元通信连接的缓冲单元及转化分配单元；
所述转化分配单元，用于将目标信号转化为数字信号，并根据所述数字信号的频率对所述数字信号的数据进行分配，得到阵元信号数据；
所述控制合成单元，用于将所述阵元信号数据写入所述缓冲单元，还用于获取所述缓冲单元中由阵元信号数据合成的数据块，对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号，将所述波束合成信号输出至所述缓冲单元；
所述缓冲单元包括输入环形缓冲区和输出环形缓冲区；
所述输入环形缓冲区，用于接收所述控制合成单元发送的所述阵元信号数据，还用于传输所述数据块至所述控制合成单元；
所述输出环形缓冲区，用于获取所述控制合成单元发送的波束合成信号。
2.根据权利要求1所述的数字波束合成装置，其特征在于，所述装置还包括：相控阵接收单元，所述相控阵接收单元与所述转化分配单元通信连接；
所述相控阵接收单元，用于接收电磁波信号，并将所述电磁波信号转化为所述目标信号。
3.根据权利要求1所述的数字波束合成装置，其特征在于，所述装置还包括硬盘，所述硬盘与所述控制合成单元通信连接；
所述硬盘，用于接收并存储所述输出环形缓冲区发送的波束合成信号。
4.一种数字波束合成方法，其特征在于，所述方法包括：
获取转化分配单元发送的阵元信号数据，将阵元信号数据写入输入环形缓冲区；
获取所述输入环形缓冲区中由阵元信号数据合成的数据块，并对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号；
发送所述波束合成信号至输出环形缓冲区，以使所述输出环形缓冲区实时输出波束合成信号。
5.根据权利要求4所述的数字波束合成方法，其特征在于，所述获取转化分配单元发送的阵元信号数据，将所述阵元信号数据写入输入环形缓冲区，包括：
对所述转化分配单元发送的阵元信号数据的数据包进行解析，并将解析后的数据按照预设的频率序列写入所述输入环形缓冲区。
6.根据权利要求4所述的数字波束合成方法，其特征在于，所述获取所述输入环形缓冲区中由阵元信号数据合成的数据块，并对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号，包括：
获取波束合成因子及不同频率通道的信号；
将所述不同频率通道的信号与所述波束合成因子进行处理得到波束合成信号。
7.根据权利要求6所述的数字波束合成方法，其特征在于，所述获取波束合成因子，包括：
获取相控阵接收单元中的信号源信号及噪声信号，得到所述信号源信号及所述噪声信号的协方差矩阵；
计算所述信号源信号与所述噪声信号的协方差矩阵的比值；
当所述比值在预设范围内时，确定所述比值为所述波束合成因子。
8.根据权利要求7所述的数字波束合成方法，其特征在于，所述将所述不同频率通道的信号与所述波束合成因子进行处理得到波束合成信号，包括：
获取所述相控阵接收单元发送的数据中单通道的数据矩阵，多个所述单通道的数据矩阵的集合为总数据矩阵；
将所述单通道的数据矩阵的数据通过所述波束合成因子进行加权合成为波束信号数据，并得到加权矩阵；
计算所述总数据矩阵与所述加权矩阵的乘积，即为所述波束合成信号。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求4至权利要求8中任一项所述的数字波束合成方法的步骤。
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