数字波束形成技术简介

MicroWave小书童2019-02-10 14:56:49

从机械到电控阵,机载雷达的性能有了显著的提高。一场类似的革命正在进行,即从模拟到数字波束形成。

数字波束赋形(DBF)用来减少搜索时间,支持抗干扰技术,实现延时宽带波束控制。数字波束形成的概念已经讨论了几十年,但直到最近,数字计算技术才发展到可以实现的程度。

使用数字波束赋形的阵列通常是指数字电子扫描阵列(DESA),它跟传统的电子扫描阵列有一些不同点。首先,阵列的接收部分分成许多个数字通道,且波束赋形最终是在信号处理部分完成的。一种极端情况是,在每个辐射单元的后面都接一个模数转换器。这称为单元数字波束赋形,如图9-11所示。另一种极端情况是,传统的只有一个数字通道的模拟波束赋形。这是一种依赖于模拟子阵并将阵列分成若干数字通道的妥协方法。子阵的设计如图9-12所示,这是目前为止最实用的DBF实现方案,因为这种波束赋形方式显著减少了数字通道的数量,以及数据吞吐量和处理需求。子阵的结构将在第十章详细讨论。


                           

 


单元级的数字波束赋形技术,每个阵元的后都连接一个数字接收机


 

使用子阵列架构来减少数字电路和数据处理需求的数字波束实现方案

 

 


数字波束赋形的优势。使用波束赋形有许多好处。首先,它可以使用一组数字信号集合同时形成多个接收波束。多波束的形成可以使预定区域的搜索更快,且为额外的处理技术提供了可能,如角度估计比传统单脉冲方法更加精确的最大似然估计。

DBF为数字化的时间延迟技术提供了用武之地,这可以克服移相器带来的失配问题。另外,由于幅度和相位(或时间)量是数字化的,这些量值将比模拟量值更少出错,模拟量不但精度低且更可能受到温度的影响。对于宽带应用,真实的时间延迟,比相移,更必要,但这需要很大的系统开销。

最后,使用数字通道使得取消,或者置空干扰源成为可能。随着数字通道的增多,可以消除的干扰源的数量也同样增多。这可以通过对干扰的先验知识或更复杂的自适应阵列处理技术完成。对于机载系统,DBF是可以实现时空自适应处理技术的架构,这将在第26章讨论。

数字波束赋形的挑战。实现数字波束赋形的性能优势要面临许多现实的挑战。

机载雷达通常工作在很高的频率上,这使得射频采样很难实现。因此,模数转换器通常在中频或者基带进行。对于每一个数字通道将需要一个或多个混频器和数字接收机,这些都将占用大量的空间。增加这些附加的组件给机载电子扫描阵列的集成带来了巨大的挑战,因为机载电子扫描阵列阵元间距很小且空间有限。随着数字通道的增多,将有越来越多的数据需要从接收机传输到波束赋形计算机。一旦数据到达处理器,将面临另一个挑战,即实时处理这些数据,尤其是使用自适应算法的时候。这些挑战随着带宽的提高成倍增加。


Copyright © 丰城计算器学习组@2017