【摘要】：采用數(shù)字波束形成技術(shù)的陣列天線由于具有方向圖綜合優(yōu)化靈活和空域自適應(yīng)抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著信號(hào)帶寬的增加,若仍采用窄帶波束形成的移相方法實(shí)現(xiàn),會(huì)產(chǎn)生波束指向在空間的色散現(xiàn)象,當(dāng)孔徑渡越時(shí)間大于或者接近信號(hào)帶寬的倒數(shù)時(shí),波束形成的性能嚴(yán)重下降。本文主要針對(duì)上述問題開展相關(guān)技術(shù)研究,主要的研究工作包括:本文首先,開展了基于時(shí)域真延時(shí)的寬帶波束形成算法及通道均衡技術(shù)的研究。通過數(shù)字電路觸發(fā)器和基于Farrow結(jié)構(gòu)的可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器來實(shí)現(xiàn)精度達(dá)到皮秒量級(jí)的可控延時(shí);從解決通道失配對(duì)寬帶波束形成的影響出發(fā),開展了頻域通道均衡算法以及改進(jìn)頻域均衡算法的研究。通過理論推導(dǎo)、算法優(yōu)化和仿真測(cè)試驗(yàn)證了 Farrow結(jié)構(gòu)的可變分?jǐn)?shù)延時(shí)濾波器和頻域改進(jìn)通道均衡算法在寬帶波束形成系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性和有效性。接著,開展了相關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證研究,提出了將時(shí)域真延時(shí)寬帶波束形成與通道均衡技術(shù)一體化設(shè)計(jì)的新方案。以8通道寬帶中頻數(shù)字波束形成處理電路為驗(yàn)證平臺(tái),開展算法在K7系列FPGA的移植和實(shí)現(xiàn)。為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的一體化方案的正確性,并對(duì)相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試,專門構(gòu)建了寬帶8通道中頻信號(hào)模擬系統(tǒng),組成實(shí)測(cè)驗(yàn)證系統(tǒng)。在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上,測(cè)試了基于Farrow結(jié)構(gòu)的可變延時(shí)寬帶波束形成與通道均衡的性能,實(shí)測(cè)結(jié)果表明,延時(shí)均方誤差優(yōu)于6ps,在60%的相對(duì)帶寬范圍內(nèi),通道均衡剩余幅度和相位失配均方誤差分別優(yōu)于0.4dB和1.5°,并可以通過可變延時(shí)實(shí)現(xiàn)寬帶波束掃描,方向圖性能優(yōu)越,指向誤差小于1°。本文的研究內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果為時(shí)域真延時(shí)寬帶波束形成技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[Abstract]:The array antenna with digital beamforming technology has been widely used because of its flexibility in pattern synthesis and optimization and strong adaptive anti-jamming capability in spatial domain. With the increase of the signal bandwidth, if the narrowband beamforming method is still used to realize the phase shift, the beam-pointing dispersion phenomenon will occur. When the aperture transit time is greater than or close to the reciprocal of the signal bandwidth, The performance of beamforming is severely degraded. The main research work includes: firstly, the research of wideband beamforming algorithm and channel equalization technology based on time domain true delay is carried out. Digital circuit flip-flop and variable fractional delay filter based on Farrow structure are used to realize the controllable delay with picosecond precision, and the effect of channel mismatch on wideband beamforming is solved. The frequency domain channel equalization algorithm and the improved frequency domain equalization algorithm are studied. By theoretical derivation, algorithm optimization and simulation test, the feasibility and effectiveness of the Farrow structure variable fractional delay filter and the frequency domain improved channel equalization algorithm in wideband beamforming system are verified. Then, the implementation and verification of related technologies are studied, and a new scheme is proposed to integrate time domain true delay wideband beamforming and channel equalization. On the platform of 8 channel wideband if digital beamforming processing circuit, the algorithm is transplanted and implemented in K7 series FPGA. In order to verify the correctness of the designed integrated scheme and to test the related performance indexes, a broadband 8-channel if signal simulation system is specially constructed, and a practical verification system is constructed. In this experimental system, the performance of variable delay wideband beamforming and channel equalization based on Farrow structure is tested. The measured results show that the delay mean square error is better than 6 ps. within the relative bandwidth range of 60%. The residual amplitude and phase mismatch mean square error of channel equalization is better than that of 0.4dB and 1.5 擄respectively, and the wideband beam scanning can be realized by variable delay. The pattern performance is superior and the pointing error is less than 1 擄. The research contents and experimental results of this paper have laid a solid foundation for the practical application of time domain true delay broadband beamforming technology.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN713

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本文編號(hào)：2204163