宽带恒定束宽数字波束形成及实现

论文摘要

数字阵列雷达是一种接收和发射波束都采用数字波束形成技术的全数字阵列扫描雷达。由于收发波束形成均以数字方式实现,因而它有较好的数字处理灵活性,拥有许多传统相控阵雷达所没有的优良性能。此外,由于宽带信号相对窄带信号具有诸多方面的优势,因此,宽带数字阵列信号处理已成为阵列信号处理研究的重要方向。本论文系统、深入地研究了宽带数字阵列信号处理中的宽带数字波束形成及其实现。主要内容包括:1、系统研究了阵列信号处理的基本理论,给出了窄带信号和宽带信号的表达形式,分析了阵列接收信号的数学模型。并研究了常规窄带波束形成原理,讨论和比较了不同方式的束控加权对波束形成的影响,给出了相关仿真实例。介绍了MVDR波束形成方法。2、研究了宽带数字波束形成的原理。重点研究了基于子带划分的宽带恒定束宽波束形成。这种方法将宽带信号分为若干窄子带,在每个子带上选取一个频率点,以其中的一个频率点为参考频率,运用窄带的波束形成方法,得到此频率上满足要求的期望波束。计算其它窄带频点上的加权系数,使其它频点上所得到的波束与参考频率上的期望波束具有相同的主瓣宽度。介绍了宽带恒定束宽波束形成的两种思想:随频率变化改变基阵阵元数目或有效孔径和随频率变化改变阵元加权系数。研究了宽带恒定束宽波束形成中的空间重采样法、贝塞尔函数法和改进的贝塞尔函数法。分析三种方法的应用场合、计算复杂度以及完成精度等。给出了相关的仿真实例。进一步研究了如何在时域上设计一组FIR滤波器来实现宽带恒定束宽波束形成。介绍了基于频率抽样法的FIR滤波器设计方法。3、介绍了基于DSP+FPGA结构的通用信号处理系统的结构、工作原理及其内部数据接口和通道。该系统以4片ADSPTS202S为核心,峰值浮点数处理能力可达14.4GFLOPS。研究了如何在这个硬件平台上实现宽带数字波束形成。其中权系数处理模块由四片并行工作的DSP实现,波束形成加权求和模块由FPGA+DDR来实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外发展状况
• 1.3 本文主要内容和工作
• 第二章 数字波束形成基础
• 2.1 引言
• 2.2 信号模型和阵列接收信号模型
• 2.2.1 窄带信号表示
• 2.2.2 宽带信号表示
• 2.2.3 阵列接收信号的数学模型
• 2.3 窄带数字波束形成
• 2.3.1 常规数字波束形成原理
• 2.3.2 窄带波束形成
• 2.3.3 束控加权
• 2.3.3.1 均匀加权DBF
• 2.3.3.2 非均匀加权DBF
• 2.3.3.3 窄带MVDR 波束形成
• 2.3.4 多波束形成
• 2.4 宽带数字波束形成
• 2.4.1 频域宽带波束形成
• 2.4.2 经典时域宽带波束形成
• 2.4.3 时域宽带恒定束宽波束形成
• 2.4.3.1 随频率变化改变基阵阵元数目或有效孔径
• 2.4.3.2 随频率变化改变阵元加权系数
• 2.5 本章小结
• 第三章 宽带恒定束宽波束形成的设计方法
• 3.1 随频率变化改变阵元加权系数的恒定束宽波束形成方法
• 3.1.1 空间重采样法
• 3.1.2 基于Bessel 函数的恒定束宽波束形成
• 3.1.2.1 Bessel 函数法计算恒定束宽加权
• 3.1.2.2 改进的Bessel 恒定束宽波束形成
• 3.2 FIR 滤波器组实现恒定束宽波束形成
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 基于频率抽样法的FIR 滤波器设计
• 3.2.3 FIR 滤波器组实现宽带波束形成的仿真研究
• 3.3 本章小结
• TS202S 信号处理板的宽带波束形成器实现'>第四章 基于ADSP_TS202S 信号处理板的宽带波束形成器实现
• 4.1 DBF 的系统结构和工作原理
• 4.2 基于CPCI 总线的多DSP 雷达信号处理板
• 4.2.1 信号处理板的系统构成
• 4.2.2 系统的数据通道
• 4.3 基于ADSP-TS202 信号处理板的宽带DBF 的实现
• TS202 简介'>4.3.1 高性能ADSP_TS202 简介
• 4.3.2 并行DSP 权重计算模块的设计与实现研究
• 4.3.3 基于FPGA 的波束形成加权求和模块
• 4.3.4 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间取得的研究成果