一種基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法
2023-07-19 06:24:41
專利名稱：一種基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法
技術領域：
本發明涉及一種寬帶相控陣波束形成方法，具體涉及一種基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法，該真延時可以是任意值。
背景技術：
相控陣雷達波束捷變、多波束形成、抗幹擾性能好且作用距離遠，這使得其在遠程預警、太空探測和氣象預報等領域得到越來越廣泛的應用。同時，為提高解析度和識別能力，相控陣雷達的必須使用寬帶信號。因此，寬帶相控陣雷達將是雷達技術發展的一個重要方向。縱觀國內外研究現狀，窄帶相控陣雷達波束形成技術已經成熟，只要在中心頻率上對陣元之間的波程差先進行移相再相加就能形成指定方向的波束。但是寬帶相控陣雷達信號頻譜寬，若用中心頻率最佳相位補償相位差，在頻率高端和低端會有較大的補償誤差，導致波束展寬、增益下降和信號特性改變。同時，寬帶相控陣雷達距離解析度高，在大掃描角情況下會出現「孔徑渡越」現象， 即陣元間回波信號波程差大於或接近由信號帶寬決定的距離解析度。目前，現有的寬帶相控陣波束形成方法多使用延時線來實現，價格昂貴，性能較差，且延時只能為離散值；還有一種基於子帶處理的波束形成方法，該方法分段處理不能完全補償各頻率的相移，將導致波束展寬和旁瓣增大。近來提出了基於拉伸處理和相位補償的寬帶波束形成方法，計算簡單，但只適用於線性調頻信號。
發明內容
發明目的:針對上述現有技術存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法，通過數位訊號處理實現精確延時。技術方案:為實現上述發明目的，本發明採用的技術方案為一種基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法，每一通道的接收信號變換到頻域之後，分別進行真延時補償:若信號的時域延時為τ，則傅立葉變換後在頻域表現為附加相位ψσ>2φ ;隨後再進行匹配濾波後逆傅立葉變換到時域，從而得到補償後的信號。也就是說，信號的時域延時丁在頻域表現為一個隨頻率線性變化的附加相位，即一個固定的群延時。進一步的，所述信號的時域延時τ不限定為採樣周期的整數倍。只需要改變τ的值就可以實現任意真延時，不存在步長問題，對波形沒有要求。進一步的，根據需要形成的波束指向，精確移動各陣元的每個頻率分量，解決了波束展寬、天線增益下降、距離解析度降低的問題。進一步的，採用數位訊號處理實現時域的延時補償，適用於各種寬帶和超寬帶時控接收機的數字波束形成。還可用於解決其他信號處理問題，比如共形天線接收的信號處理，寬帶高速移動通信中的運動補償信號處理等，應用前景廣闊。
根據傅立葉變換的時移特性實現時域的延時補償，擺脫傳統的模擬延遲線形式，無需外接延遲線。有益效果:1、擺脫了按步長進行編碼調整的傳統思路，本發明揭示的基於真延時的寬帶波束形成方法將整數延時和分數延時同時補償，延時時間可以任意調整；
2、傅立葉變換實現延時補償，無需硬體輔助，成本低；
3、靈活性高，簡單、實用。只需要改變時域延時τ的值就可以實現任意真延時；
4、精確度高。純數學方法實現延時補償，幾乎零誤差；
5、應用廣泛。本發明對波形無要求，可用於各種寬帶和超寬帶時控接收機的數字波束形成。還可用於解決其他信號處理問題，比如共形天線接收的信號處理，寬帶高速移動通信中的運動補償信號處理等，應用前景廣闊。
圖1為基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法實現框 圖2為真延時方法波 束形成後的脈壓波形與理想脈壓波形比較圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。本發明揭示了一種新的無步長信號真延時方法以及基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法，根據傅立葉變換的性質，以頻域的相位補償實現時域的延時補償，具體闡述如下:
根據傅立葉變換的時移特性，延時補償可以通過頻域的相位補償實現。若信號的時域延時r，傅立葉變換後在頻域表現為附加相位</)= ,也就是說，信號的時域延時τ在頻域表現為一個隨頻率線性變化的附加相位，即一個固定的群延時。以基帶信號為例，給出數位訊號的群延時因子。對於近似帶限信號，如果採樣頻率較高，使得採樣後混迭可以忽略，那麼數位訊號的延時補償可以採用與處理模擬信號同樣的方法，只是補償因子變為離散值。假設陣列中兩個陣元接收的信號分別為S1 (/7)和S2 (/ )，信號長度為N，(/7)相對於&(/ )延時了 D = ，其中M為延時的整數部分，m為延時的分數部分。採樣到的數據長度為 =況+M+l。S1Q )的後Μ+1個數據和(/7)的前Μ+1個數據中都沒有信號，只
有噪聲。則根據本發明，若採集到的數據長度L為奇數，則補償因子為:
C(Ar) = [I,e 1 ,s 1 ,......,e 1 " ,e 1 2 ,e 1 2 ,......,e ^ ];「)
若數據長度L為偶數，則補償因子為:
C(,fc) = [l,s.L ,e h ,......,e 1 2 , θ5(πΠ),β 1 J ,......,e 1 ]⑵其中，
權利要求
1.一種基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法，其特徵在於，每一通道的接收信號變換到頻域之後，分別進行真延時補償:若信號的時域延時為τ，則傅立葉變換後在頻域表現為附加相位PCD = 2Ifr ;隨後再進行匹配濾波後逆傅立葉變換到時域，從而得到補償後的信號。
2.根據權利要求1所述一種基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法，其特徵在於，所述信號的時域延時τ不限定為採樣周期的整數倍。
3.根據權利要求1所述一種基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法，其特徵在於，根據需要形成的波束指向 ，移動各陣元的每個頻率分量。
全文摘要
本發明公開了一種基於真延時的寬帶相控陣波束形成方法，每一通道的接收信號變換到頻域之後，分別進行真延時補償若信號的時域延時為τ，則傅立葉變換後在頻域表現為附加相位；隨後再進行匹配濾波後逆傅立葉變換到時域，從而得到補償後的信號。本發明通過數位訊號處理實現精確延時。
文檔編號G01S7/02GK103226190SQ201310087409
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月19日 優先權日2013年3月19日
發明者張興敢, 孫豔豔, 柏業超, 戴作寧, 陳小利, 王兆雲, 杜仲林, 魏耀 申請人:南京大學