數字波束形成子陣間的同步方法
【專利摘要】本發明提出的一種數字波束形成子陣間的同步方法，旨在提供一種簡單可靠、耗費硬件資源小,能夠消除數字波束形成子陣間隨機相位的方法。本發明通過下述技術方案予以實現：在對多波束形成陣列所有信道進行幅相校正前，先對各個多波束形成子陣做標校同步，利用標校同步獲取各個波束形成子陣直接數字合成器DDS的初始相位；在對多波束形成陣列所有信道進行幅相校正后，各個信道校正相位包含對上述多波束形成子陣DDS的初始相位的補償；在數字多波束系統重新啟動加電后，重新對各個多波束形成子陣做標校同步，利用標校同步獲取各個多波束形成子陣DDS的此次加電的相位變化值，將該相位變化值補償到對應各個信道。本發明消除了數字波束形成子陣間隨機相位。
【專利說明】數字波束形成子陣間的同步方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及航天測控領域中一種測控體制的數字波束形成子陣間的同步方法。
【背景技術】
[0002] 數字波束形成技術被視為新一代雷達所必須采用的技術，它保留了天線陣列單元 信號的全部信息，并可采用先進的數字信號處理技術對陣列信號進行處理，可以獲得優良 的波束性能，方便地得到超分辨和低副瓣的性能，實現波束掃描、自校準和自適應波束形成 等。數字波束形成技術的工程化過程中，遇到的問題主要包括：數據傳輸量太大，較多的陣 元數限制了信道的增加；來波方向估計和權值更新計算量大，使得權值更新速度比較慢，無 法在一些高速運動的載體上使用。當陣列數較多時，高速實時波束形成器的復乘運算耗費 較多的資源，尤其是需要形成多個波束的情況下。現有技術DBF系統就遇到數據傳輸瓶頸 問題，采樣數據只能通過PCI總線進行傳輸，無法保證所有信道的數據都實時傳輸，因而只 能做需求數據較少的測向工作，并不能做實時波束形成。為了實現所有信道的同步，采集 板均工作在外部信號觸發模式，外部采樣時鐘完全同步。來波方向估計和權值更新計算由 DSP權值計算板完成，運算需要的每個信道數據量通常并不大，ICS554將測向所需數據通 過PCI總線傳送給DSP權值計算板；FPGA波束形成板要實現全陣的波束形成，就要對每個 信道的數據復加權求和，得到最終所需的波束，因而需要傳輸數據量很大，4塊ICS554通過 LVDS將高速數據傳輸到FPGA波束形成板；權值由DSP權值計算板計算完成后，通過自定義 的串口通信發送到FPGA波束形成板。波束的形成，其實就是對A/D變換后數字信號進行幅 度和相位加權，波束的特性如波束指向、副瓣電平、主瓣寬度等完全由權值決定。權值計算 主要考慮兩方面的因素，首先要對各信道進行幅相校準，克服各信道不一致和互耦的影響， 然后實現空域濾波，完成希望的波束指向。全空域電掃多目標測控系統是為了更好的滿足 衛星編隊飛行、空間站交會對接、虛擬衛星等多目標復雜航天任務任務而提出的一種具備 多目標運行管理、多目標同時測控支持能力的新形測控體制。在全空域電掃多目標測控系 統中由于陣元數目巨大（從幾千至上萬個），其信號的數字波束形成往往需要由多個數字 波束形成子陣處理單元組成，每個獨立的數字波束子陣處理單元處理一部分陣元的信號。 數字波束形成的一個核心就能對每一路信號進行采樣，并能對采樣后的信號的相位按需要 進行調整。在數字信號處理板卡中為了調整信號相位，需要使用內置直接數字合成器DDS 產生混頻信號。這就導致一個問題，DDS產生的信號的相位隨每次對信號處理板卡重新加 電而隨機變化，因此數字波束形成子陣間就存在一個隨機相位，如果無法消除該隨機變化 的相位則信號的數字波束形成就無法實現。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是針對上述數字波束形成技術存在的問題，提供一種簡單可靠、耗 費硬件資源小，能夠消除數字波束形成子陣間隨機相位的方法。
[0004] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種數字波束形成子陣間的同步方 法，其特征在于包括如下步驟：在對波束形成陣列所有信道進行幅相校正前，先對各個多波 束形成子陣做標校同步，利用標校同步獲取各個波束形成子陣直接數字合成器DDS的初始 相位；在對多波束形成陣列所有信道進行幅相校正后，各個信道校正相位包含對上述多波 束形成子陣DDS的初始相位的補償；在數字多波束系統重新啟動加電后，重新對各個多波 束形成子陣做標校同步，利用標校同步獲取各個多波束形成子陣DDS的此次加電的相位變 化值，將該相位變化值補償到對應各個信道；利用多波束形成子陣DDS的初始相位值與每 次開關機重新加電后多波束形成子陣DDS的隨機相位值，得到每個多波束形成子陣DDS的 相位變化值Δ 0,并利用Δ 0抵消每次設備重新加電后設備相位的隨機變化，完成數字多波 束形成子陣的同步。
[0005] 本發明的有益效果是： 提高了可靠性。本發明巧妙的利用了多波束形成子陣DDS的初始相位值與每次開關機 重新加電后多波束形成子陣DDS的隨機相位值，得到每個波束形成子陣DDS的相位變化值 Λ 0，并利用Δ0抵消每次設備重新加電后設備相位的隨機變化，完成數字多波束形成子陣 的同步，滿足了數字多波束形成系統應用的需求。消除了數字波束形成子陣間隨機相位。解 決了測控系統中數字波束形成子陣間的同步問題。
[0006] 實現簡單、資源占用較少。利用本發明不需要復雜電路，實現方法比較簡單。不需 要在設備加電后對每個陣元信道進行重新校正，只需要對單獨每個數字多波束子陣進行開 機同步標校，數字多波束子陣數目一般比陣元數目低兩個數量級，因此使用該方法耗費時 間不到原有耗費時間的百分之一。
[0007] 降低了成本。由于信道標校設備是數字波束系統必須使用的設備，而本發明利用 原有設備，不增加附加硬件，完成數字多波束形成子陣間的同步，不需要額外增加設備量和 使用額外的硬件，節省了硬件資源和硬件成本。
[0008] 本發明操作簡便快捷，便于自動化設計。備開機加電后只做數字波束形成子陣同 步而不需要做所有陣元的標校工作，節省大量時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 下面結合附圖和實施實例對本發明進一步說明。
[0010] 圖1是數字波束形成處理示意圖。
[0011] 圖2是數字多波束形成系統標校示意圖。
[0012] 圖3是本發明數字多波束形成子陣間的同步示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 參閱圖1。在波束形成陣列中，數字多波束形成子陣1 (DDS01 )…數字多波束 形成子陣n (DDS0n)將所有信道陣元信號1 (Θ11)…陣元信號lm (θ?ηι)、···、陣元信號 1η (θη? )…陣元信號nm (θηηι)通過高速數據傳輸到現場可編程門陣列FPGA波束形成板； 波束形成的權值由直接數字合成器DSP權值計算板計算完成后，通過自定義的串口通信發 送到FPGA波束形成板。根據本發明，在使用信道標校設備對波束形成陣列所有信道進行幅 相校正前，先對各個波束形成子陣做標校同步，利用標校同步獲取各個波束形成子陣直接 數字合成器DDS的初始相位；在對多波束形成陣列所有信道進行幅相校正后，各個信道校 正相位包含對上述多波束形成子陣DDS的初始相位的補償；在數字多波束系統重新啟動加 電后，重新對各個多波束形成子陣做標校同步，利用標校同步獲取各個多波束形成子陣DDS 的此次加電的相位變化值，將該相位變化值補償到對應各個信道。保證設備每次重新加電 后各個陣元信道相位補償一致性，確保波束形成有效。利用多波束形成子陣DDS的初始相 位值與每次開關機重新加電后多波束形成子陣DDS的隨機相位值，得到每個波束形成子陣 DDS的相位變化值Δ 0，并利用.Λ 0抵消每次設備重新加電后設備相位的隨機變化，完成數 字多波束形成子陣的同步。
[0014] 參閱圖2。數字波束系統信道標校時，數字多波束信道1 (01)…數字多波束信道 nm (0nm)通過信道標校設備進行標校。標校后對系統的Lk信道的標校值為該信道信號相 位值：eLk+0 L，信道標校設備重新加電后Lk信道相位變化為：eLk+0# Δ 0L。加電后數字 多波束形成子陣同步如圖3所示，可通過子陣同步后得到Lk信道相位變化A0 L，通過軟件 加載該相位變化A 0L后，系統的Lk信道的相位標校值對應變化為：eU+0L+ Δ 0L。因此通 過數字多波束形成子陣同步，可保證數字波束形成系統重新加電后，設備正常工作。
【權利要求】
1. 一種數字波束形成子陣間的同步方法，其特征在于包括如下步驟：在對多波束形成 陣列所有信道進行幅相校正前，先對各個多波束形成子陣做標校同步，利用標校同步獲取 各個波束形成子陣直接數字合成器DDS的初始相位；在對多波束形成陣列所有信道進行 幅相校正后，各個信道校正相位包含對上述多波束形成子陣DDS的初始相位的補償；在數 字多波束系統重新啟動加電后，重新對各個多波束形成子陣做標校同步，利用標校同步獲 取各個多波束形成子陣DDS的此次加電的相位變化值，將該相位變化值補償到對應各個信 道；利用多波束形成子陣DDS的初始相位值與每次開關機重新加電后多波束形成子陣DDS 的隨機相位值，得到每個多波束形成子陣DDS的相位變化值Δ 0，并利用Δ 0抵消每次設備 重新加電后設備相位的隨機變化，完成數字多波束形成子陣的同步。
2. 按權利要求1所述的數字波束形成子陣間的同步方法，其特征在于：在波束形成陣 列中，數字多波束形成子陣1 (DDS01 )…數字多波束形成子陣n (DDS0n)將所有信道陣 元信號1 (01)…陣元信號lm (0m)、陣元信號In (0nl)…陣元信號nm (0nm) 4通過高 速數據傳輸到現場可編程門陣列FPGA波束形成板；形成波束的權值由DSP權值計算板計算 完成后，通過自定義的串口通信發送到FPGA波束形成板按權利要求2所述的數字波束形成 子陣間的同步方法，其特征在于：數字波束系統信道標校時，數字多波束形成子陣1 ( 01 )、 數字多波束信道m ( 0m)…數字多波束信道nl (0nl )、數字多波束信道nm (0nm)通過信 道標校設備進行標校。
3. 按權利要求1所述的數字波束形成子陣間的同步方法，其特征在于：標校后對系統 的第Lk陣元信號通道的標校值為該信道信號相位值：eL k+0L，信道標校設備重新加電后Lk 信道相位變化為：eu+0i+Δ 0L。
4. 其中：θ"是系統的第Lk陣元信號通道的待修正相位，0L是第L個波束形成子陣在 通道校正時的直接數字合成器DDS的初始相位，Δ 0L是第L個波束形成子陣重新加電后直 接數字合成器DDS的初始相位偏離量。
5. 按權利要求1所述的數字波束形成子陣間的同步方法，其特征在于：子陣同步后得 到Lk信道相位變化A 0L，通過軟件加載該相位變化Δ 0L后，Lk信道的相位標校值對應變化 為：ΘΙ^ 十0L十 Δ 0L。
【文檔編號】G01S7/02GK104090267SQ201410238503
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】王文政 申請人:中國電子科技集團公司第十研究所