电子教材-相控阵雷达数字波束形成的实现
相控阵雷达数字波束形成的实现
王涛[1][2]雷宏[1]
（（1）中国科学院电子学研究所北京 100080；（2）中国科学院研究生院北京 100080）摘要：数字波束形成系统是现代雷达一个重要的组成部分。相控阵天线通过它可以实现自适应波束、低旁瓣波束，并通过对移相器、衰减器的控制实现波束扫描。本文介绍的数字波束形成系统充分利用现有的硬件技术，实现了雷达在多种工作模式下的波束实现及控制要求。
关键词：、数字波束形成（DBF）、相控阵天线、雷达
Realize Digital Beam Forming in Phased Array Radar
Wangtao1,2Leihong1
(1 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China；
2 Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China)
Digital Beam Forming is a important part of modern radar. Equipted with it,phased array radar could have Adaptive beam, lower Side-lobe beam and beam scanning. This paper present a DBF system which can realize the request of multi-mode working state of phased array radar.
一 引言
目前，有源电扫阵列雷达已像探测传感器王冠上的宝石，正在成为各种飞机、卫星上的装备。而有源相控阵天线要发挥它的威力，数字波束形成系统则是必不可少的组成部分。数字波束形成系统可以实现雷达所需的低旁瓣、自适应波束，还可以校正因天线的稳定性而带来的误差。本文介绍一种采用DSP＋ARM 方式实现的雷达数字波束形成系统。该系统灵活、可靠性高、扩展性好。
二 数字波束形成系统的硬件方案设计
2.1方案综述
数字波束形成系统作为雷达天线的组成部分，不但要满足雷达的基本工作要求，而且必须具有强大的功能，快速的响应能力，此外，由于它安装在天线平台上，所以必须在恶劣条件下稳定、可靠的工作。因此，数字波束形成系统的设计要求体现在以下几个方面：
功能强大。不同工作模式对于波束控制的要求不同，系统必须具备强大的功能为不同的工作模式服务。
较快的响应能力、高效的处理能力。波束控制系统必须能够快速地处理来自监控主机的命令，实现波束的快速切换和对相控阵工作状态的监测，并且能够及时地向系统主机发送报告。
较高可靠性和较强电磁兼容性。由于系统安装在飞机或卫星上，其工作环境比较恶劣，为保证系统稳定、可靠的工作，系统必须具备较高可靠性和较强电磁兼容性。
体积小，扩展性好。尽可能的采用小体积，同时在保证系统基本功能正常的前提下，为潜在的系统升级预留资源和功能扩展的空间，这样才能保证在不同阶段和不同的对抗背景下系统始终处于优势。
2.2 硬件原理设计
根据以上系统总体设计思想，数字波束形成系统的硬件设计采用二级结构：主系统＋锁存驱动子系统的方式。主系统接收监控计算机的工作模式、波束指向角、偏流角等命令；通过内置的软件完成波束的求解，得到天线移相单元需要的移相码。锁存驱动子系统则接收主系统的移相码，锁存并对移相器驱动输出。因此，设计内容包括两部份：主系统的设计、锁存驱动子系统的设计。
数字波束形成主系统包含功能模块有：CPU模块、SDRAM模块、系统自举功能模、DC/DC变换功能模块、RS232接口模块、CPLD模块。其中，其核心器件选用的是功能高度集成的双CPU处理器TMS320VC5470[3]，它集成了一个基于TMS320C54x核的DSP子系统和一个基于ARM7TDMI核的MCU （它是一种低功耗的32位RISC处理器）微处理器子系统。DSP模块内包含72 K×16位的SRAM，一个定时器，一个DMA控制器，一个外存储器接口和2个多通道缓冲串口；MCU内包括3个定时器、通用I/O 口、SPI口、UART口和一个外存储器接口。在设计中，DSP主要负责数字波束运算，MCU则负责整个波
束形成系统的管理、命令、控制以及与监测等功能，这样让两个处理器充分发挥它们各自的优势，加快了处理速度。MCU 有一个UART/IRDA 接口，将它设为UART 模式，用来和监控计算机通信。此外，由于控制单元较多，设计中采用一片CPLD 与多个驱动子系统模块相连，送出波束控制码。系统输入电源采用标准5V 电源，其他电源通过DC/DC 变换在板上进行实现。主系统硬件组成框图如图1所示：
图1 数字波束形成主系统框图
锁存驱动子系统主要包含RAM 和TTL 电平输出驱动芯片。由于天线包含多个子阵，每个子阵使用一个锁存驱动子系统模块。这样，在天线阵的辐射单元增多，或则减少时，只需增减几个锁存驱动子系统模块即可实现。
图2锁存驱动子系统框图 三 数字波束形成软件设计
3.1 基本原理[1]
设二维平面相控阵天线在图3所示的（y ，z ）平面上，各相邻天线单元的间距在垂直与水平方向分别为d1和d2，天线波束最大指向采用球坐标系（θ,φ）。则根据相邻单元之间信号的“空间相位差”与移相器提供的“阵内相位差”相等的原理，可以求出阵列中第（k ，i ）单元相对于第（0，0）单元的波控数码P （k ，i ）
移相器
驱动锁存单元
图3 相控阵天线的坐标位置
θ
?λπθλπcos sin 2sin 2),(21d i d k i k P ×+×= (2)
式中：
(,)θ?：天线波束指向； λ： 波长；
这就是每一单元的移相器的理论移相值。在实际应用中为了得到所需的波束形状，较低的副瓣还需通过天线进场测试进行波程校正，改变波控码修正移相值。因此，实际的公式应为：
)
,(cos sin 2sin 2),(k i C d k d i k i P y x +×+×=θ?λπθλπ (3)
其中),(k i C 为修正值。
3.2软件设计
数字波束形成系统的功能很强大，其软件系统也相对复杂。设计中采用将功能化分成模块的方式编写
软件。数字波束形成系统的主要工作状态有：
(1)普通工作模式，数字波束形成系统接受从监控计算机输入的波控角、起始角、终止角等信息，选择不同的工作模式。并根据选择的工作模式和输入的波控角、起始角、终止角等信息计算出波束指向角，同时读取补偿信息，并根据波束指向角和补偿信息计算出最终的波束输出角，将此输出角转换成移相控制码，用此移相控制码控制各移相器，
（2）雷达闭环控制，这种情况下，雷达天线波束控制是固化在波控机中的监控计算机的工作模式、波束指向角、偏流角等命令自动按步骤执行，上电复位后在没有接收到其它模式及波束号信息的情况下，波控机就工作在这种情况。最终达到控制波束指向的目的。
（3）此外，波控机可以接受雷达主控制计算机送来的波束数据及控制数据，波控机将这些数据翻译成波束控制码，控制移相器完成配相。这些工作方式中，天线的发射和接收状态相应的配相数据通常是不同的。雷达工作时，监控计算机的工作模式、波束指向角、偏流角等命令控制两组配相状态随着发、收状态的转换进行同步切换。
设计中编制程序使用Hitool IDE 集成开发环境，JEDI 实时在线仿真器，在vxWork 嵌入式操作系统上完成程序开发。程序调试中先单独调试MCU ，由于VC5470在TRST 的上升沿取样EMU1和EMU0引脚的值来决定仿真模式，当EMU1和EMU0同为零时（在TRST 的上升沿），只有ARM7TDMIE RISC 在仿
真链上。RISC程序调试通过后再与DSP程序联调。DSP采用API引导方式，由RISC直接控制DSP在复位状态，并使能API引导方式，由API口装载DSP引导码。装载成功后，RISC从复位状态释放DSP，DSP 开始执行程序。
4 结束语
本文介绍的数字波束形成系统具有硬件功能灵活、可靠性高的特点，系统扩展性较好，不用更改主要电路就可实现大的相控阵的波束控制。
参考文献
[1] 张光义. 相控阵雷达系统. 国防工业出版社. 1997
[2] 张澄波. 综合孔径雷达原理、系统分析与应用. 科学出版社. 1989
[3] Texas Instruments Incorporated.TMS320VC5470 Fixed-Point Digital Signal Processor Data
Manual［Z／OL］. https://www.360docs.net/doc/a118513477.html,，2002-12
[4] 李云等. ITS系统中GPRS智能移动终端的设计 电讯技术
作者简介: 王涛,硕士研究生。
（100080 北京中国科学院电子学研究所）王 涛 雷 宏
(100080 北京中国科学院研究生院)王 涛
(Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China) Wang,Tao Lei,Hong (Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China) Wang,Tao
(投稿日期:2005.4.26) (修稿日期:2005.5.8)
王涛：硕士研究生
国防科研预研项目,编号不公开
数字波束形成与智能天线_1
南京理工大学电光学院通信工程系 Nanjing University of Science and Technology Department of Communication Engineering 数字波束形成与智能天线 盛卫星 南京理工大学电光学院通信工程系 Nanjing University of Science and Technology Department of Communication Engineering 数字波束形成与智能天线 第一章引言 DBF and Smart Antennas Nanjing University of Science & Technology Sheng Wei Xing 2004.03.03引言 1.1 数字波束形成与智能天线发展的简史 1.2 移动通信中与雷达中的智能天线的异同 DBF and Smart Antennas Nanjing University of Science & Technology Sheng Wei Xing 2004.03.03 1.1 数字波束形成与智能天线发展的简史 数字波束形成与智能天线的概念来源于军事上雷达和声纳所采用的自适应阵列天线，目的是为了自适应地控制天线波束的主瓣使其对准目标，控制天线波束的零陷，使其对准干扰源，从而可以在强干扰环境下有效地发现和探测目标。 自适应天线阵列的概念自1959年由Van Atta 提出以来，到目前已经经历了四十多年的发展历程，大体上可划分为四个阶段： 第一个十年的研究集中在自适应波束控制上（六十年代）。如：自适应相控阵列天线，自适应波束控制天线等 z 50年代，美国出于卫星通信增强信号的需要，开始研究最初意义上的自适应天线。 z 1964年5月，IEEE Trans. on AP 第一次出版自适应天线专辑，总结了主波束自适应控制阶段的发展。 1.1 数字波束形成与智能天线发展的简史 第三个十年的研究主要集中在空间谱估计上（八十年代）。如：最大似然谱估计，最大熵谱估计，特征空间正交谱估计等 z 1986年3月，IEEE Trans. on AP 第三次出版自适应天线专辑，总结了DOA 估计的空间谱估计阶段的发展。 z 在八十年代，自适应天线阵从理论研究进入了广泛应用阶段，但主要限于雷达和声纳领域。 第二个十年研究集中在自适应零陷控制上（七十年代）。 如：自适应滤波，自适应调零与旁瓣对消，自适应杂波控制等。 z 1976年9月，IEEE Trans. on AP 第二次出版自适应天线专辑，总结了零向自适应控制阶段的发展。 1.1 数字波束形成与智能天线发展的简史 最近十年的研究主要集中在： z 1. 结合移动通信的智能天线的实现技术上（九十年代至今） 时隙、频率资源复用，码分多址导致同频干扰，成为制约通信容量的重要因素。现在的移动通信系统中采用的天线是全向天线，主要是为了确保与各个方向的用户都能通信。智能天线能根据信号的来波方向，自适应地调整天线方向图，形成一个窄的主波束对准用户，其它方向副瓣很低。这样可以增强用户信号，抑制干扰，提高信干比，增加通信系统容量。同时还可以降低发射功率，提高通信覆盖范围。同时多波束时，又称SDMA , 空分多址，大大增加通信系统容量。 移动通信得到了迅猛的发展，一方面，用户数量急剧增加，另一方面，移动业务主要由原来窄带的话音业务，向宽带的多媒体业务扩展。导致无线频谱资源日趋紧张，现在应用的多址方式包括： TDMA(时隙上错开) FDMA （载波频率上错开）, CDMA （码分多址）。
数字电子技术基础教材第四章答案
习题4 4- 1分析图P4- 1所示的各组合电路，写出输出函数表达式，列出真值表，说明电路的逻 辑功能。 图（b ）： F 1 AB AB; F 2 AB 真值表如下表所示： A B F 1 F 2 0 0 0 0 真值表如卜表所示： A B F 1 F 2 F 3 0 \0 0 1 0 0 1 \ 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0、 1 其功能为一位比较器。 A>B 时，R , 1 ； A=B 时,
功能：一位半加器，1为本位和，F2为进位。 图(c)：F i M (0,3,5,6) m(1,2,4,7) F2M(0,1,2,4) m(3,5,6,7) 功能：一位全加器，F1为本位和，F2为本位向高位的进位。 图(d)：F1AB；F2 A0B ；F3AB 功能：为一位比较器，A
昇0 解：该电路的输出逻辑函数表达式为: F A A J X。AA)X i AA g X? A1A0X3 因此该电路是一个四选一数据选择器，其真值表如下表所示: A 、A o F 0\ 0X0 01\X1 10\ X2 11X3 \ 4-3图P4- 3是一个受M控制的代码转换电路，当M = 1时，完成4为二进制码至格雷码 的转换；当M = 0时，完成4为格雷码至二进制的转换。试分别写出 Y0,Y ,Y2,Y3的逻辑函
数的表达式，并列出真值表，说明该电路的工作原理。
X3X2X1X0Y3Y2丫1丫0 M=1 00000000 00010001 001 000 11 00110010 01000110 / 0 \1010111 0110010 / 1 0110011/0 M=010 \001111 10\o 11110 101 \ 0/1100 101\ 1 / 1101 11001000
《数字电子技术基础》课后习题答案
《数字电路与逻辑设计》作业 教材：《数字电子技术基础》 （高等教育出版社，第2版，2012年第7次印刷）第一章： 自测题： 一、 1、小规模集成电路，中规模集成电路，大规模集成电路，超大规模集成电路 5、各位权系数之和，179 9、01100101，01100101，01100110； 11100101，10011010，10011011 二、 1、× 8、√ 10、× 三、 1、A 4、B 练习题： 1.3、解： (1) 十六进制转二进制： 4 5 C 0100 0101 1100 二进制转八进制：010 001 011 100 2 1 3 4 十六进制转十进制：(45C)16=4*162+5*161+12*160=(1116)10 所以：(45C)16=(10001011100)2=(2134)8=(1116)10 (2) 十六进制转二进制： 6 D E . C 8 0110 1101 1110 . 1100 1000 二进制转八进制：011 011 011 110 . 110 010 000 3 3 3 6 . 6 2 十六进制转十进制：(6DE.C8)16=6*162+13*161+14*160+13*16-1+8*16-2=(1758.78125)10 所以：(6DE.C8)16=(011011011110. 11001000)2=(3336.62)8=(1758.78125)10
(3) 十六进制转二进制：8 F E . F D 1000 1111 1110. 1111 1101二进制转八进制：100 011 111 110 . 111 111 010 4 3 7 6 . 7 7 2 十六进制转十进制： (8FE.FD)16=8*162+15*161+14*160+15*16-1+13*16-2=(2302.98828125)10 所以：(8FE.FD)16=(100011111110.11111101)2=(437 6.772)8=(2302.98828125)10 (4) 十六进制转二进制：7 9 E . F D 0111 1001 1110 . 1111 1101二进制转八进制：011 110 011 110 . 111 111 010 3 6 3 6 . 7 7 2 十六进制转十进制： (79E.FD)16=7*162+9*161+14*160+15*16-1+13*16-2=(1950. 98828125)10 所以：(8FE.FD)16=(011110011110.11111101)2=(3636.772)8=(1950.98828125)10 1.5、解： (74)10 =(0111 0100)8421BCD=(1010 0111)余3BCD (45.36)10 =(0100 0101.0011 0110)8421BCD=(0111 1000.0110 1001 )余3BCD (136.45)10 =(0001 0011 0110.0100 0101)8421BCD=(0100 0110 1001.0111 1000 )余3BCD (374.51)10 =(0011 0111 0100.0101 0001)8421BCD=(0110 1010 0111.1000 0100)余3BCD 1.8、解 （1）(+35)=(0 100011)原= (0 100011)补 （2）(+56 )=(0 111000)原= (0 111000)补 （3）(-26)=(1 11010)原= (1 11101)补 （4）(-67)=(1 1000011)原= (1 1000110)补
波束形成基础原理总结
波束赋形算法研究包括以下几个方面: 1.常规的波束赋形算法研究。即研究如何加强感兴趣信号,提高信道处理增益,研究的是一 般的波束赋形问题。 2.鲁棒性波束赋形算法研究。研究在智能天线阵列非理想情况下,即当阵元存在位置偏差、 角度估计误差、各阵元到达基带通路的不一致性、天线校准误差等情况下,如何保证智能天线波束赋形算法的有效性问题。 3.零陷算法研究。研究在恶劣的通信环境下,即当存在强干扰情况下,如何保证对感兴趣信 号增益不变,而在强干扰源方向形成零陷,从而消除干扰,达到有效地估计出感兴趣信号的目的。 阵列天线基本概念（见《基站天线波束赋形及其应用研究_ 白晓平》） 阵列天线（又称天线阵）是由若干离散的具有不同的振幅和相位的辐射单元按一定规律排列并相互连接在一起构成的天线系统。利用电磁波的干扰与叠加，阵列天线可以加强在所需方向的辐射信号，并减少在非期望方向的电磁波干扰，因此它具有较强的辐射方向性。组成天线阵的辐射单元称为天线元或阵元。相邻天线元间的距离称为阵间距。按照天线元的排列方式，天线阵可分为直线阵，平面阵和立体阵。 阵列天线的方向性理论主要包括阵列方向性分析和阵列方向性综合。前者是指在已知阵元排列方式、阵元数目、阵间距、阵元电流的幅度、相位分布的情况下分析得出天线阵方向性的过程；后者是指定预期的阵列方向图，通过算法寻求对应于该方向图的阵元个数、阵间距、阵元电流分布规律等。对于无源阵，一般来说分析和综合是可逆的。 阵列天线分析方法 天线的远区场特性是通常所说的天线辐射特性。天线的近、远区场的划分比较复杂，一般而言，以场源为中心，在三个波长范围内的区域，通常称为近区场，也可称为感应场；在以场源为中心，半径为三个波长之外的空间范围称为远区场，也可称为辐射场。因此，在分析天线辐射特性时观察点距离应远大于天线总尺寸及三倍的工作波长。阵列天线的辐射特性取决于阵元因素和阵列因素。阵元因素包括阵元的激励电流幅度相位、电压驻波比、增益、方
论雷达技术的发展与应用及未来展望
论雷达技术的发展与应用及未来展望 摘要:雷达是用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置的装置。雷达的发展与使用过程，正是电子技术在军事中应用的缩影，而雷达的未来，更与电子技术息息相关。本文介绍了雷达的发展与应用的历史，重点介绍了相控阵雷达与激光孔径雷达两类雷达的原理与特点，并指出雷达的弱点及未来发展方向 关键词：雷达；发展；实战应用；种类；弱点；未来
雷达主要用于对远距离物体的方位、距离、高度做精确检测，可以说是现代军事电子技术的代表。随着不断的发展，雷达在战区的警戒、各种新式武器威力的发挥、协同作战的指挥中的地位愈发重要。 1雷达的发展与应用 雷达的基本工作原理是靠发射探测脉冲和接受被照射目标的回波发现目标。百年的时间里，随着新技术的发展和应用，雷达也在不断发展。 1.1雷达的发展史 下面是雷达出现前夜相关理论的一系列突破： 1842年多普勒（Christian Andreas Doppler）率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。1864年马克斯威尔（James Clerk Maxwell）推导出可计算电磁波特性的公式。 1886年赫兹（Heinerich Hertz）展开研究无线电波的一系列实验。 1888年赫兹成功利用仪器产生无线电波。 1897年汤普森（JJ Thompson）展开对真空管内阴极射线的研究。 这些与电磁波相关的科技是雷达的最基本理论。1904年克里斯蒂安?豪斯梅耶（Christian Hulsmeyer）宣称他的“电动镜”可以传输音频，并能够接受到运动物体的回应。可以说，就是这位德国人奠定了这项技术。然而，在一战期间，德国军官们所注意的是无线电通讯。接下来雷达的出现就显得顺理成章了。1933年，鲁道夫?昆德（Rudolf Kunhold）提出毫米波长可能可以探测出水面船只及飞船的位置。两年后，威廉?龙格（Wilhelm Runge）已经能够根据飞机自身所发出的信号计算出50公里以外的飞机位置所在，即使是在夜晚或者有雾的时候。 第二次世界大战中的不列颠战役成为雷达正式登场的舞台。法国的迅速陷落，使希特勒有理由相信只需通过空袭便能征服英国。在这一大规模的空战中，纳粹德国空军拥有的飞机数量远远超过了英国皇家空军——2670架对1475架。而英国在雷达方面有优势。1936年1月英国W.瓦特在索夫克海岸架起了英国第一个雷达站。1938年，为保卫英格兰，用七部雷达组成"Chain Home"雷达网，雷达频率30兆赫。雷达网使德国轰炸机还没到达英吉利海峡即被发现，英国也因此取得了英伦空战的胜利。这场胜利也是第二次世界大战中较大的转折点之一。 之后四十年人们更加意识到雷达的重要作用，雷达也因此得到了不断发展，也分出了不同种类。本节余下部分将有选择地概括各个年代的重大进展。 1.1.1四十年代 四十年代初期(在二次大战期间)，由于英国发明了谐振腔式磁控管，从而在先驱的VHF雷达发展的同时，产生了微波雷达发展的可能性。它开拓了发展L波段(23q厘米波长)和S波段(10厘米波长)大型地面对空搜索雷达和X波段(3厘米波长)小型机载雷达的美好前景。1941年苏联最早在飞机上装备预警雷达。两年后美国麻省理工学院研制出机载雷达平面位置指示器，预警雷达。时至今日，雷达已成为各式飞机不可缺少的组成部分，是实施精确打击和自身防护的必要手段。 1.1.2五十年代 五十年代标志着雷达进入第二代。它在前两个十年发展的基础上扩展了工艺技术。雷达理论在此时也有了很大的进展。雷达理论的引入是雷达设计具有比以往更扎实的基础，使工程经验更具有信赖性。这个时期所发明的雷达理论概念如匹配滤波器、模糊函数、动目标显示理论已经被广大雷达工程师应用。 1.1.3六十年代 六十年代的标志是大型电控相控阵的出现以及六十年代后期开始的数字处理技术。相控阵雷达将在1.2.1中具体介绍。六十年代后期，数字技术的日益成熟引起了雷达信号处理的革命。
数字波束形成
摘要 随着高速、超高速信号采集、传输及处理技术的发展,数字阵列雷达已成为当代雷达技术发展的一个重要趋势。数字波束形成(DBF)技术采用先进的数字信号处理技术对阵列天线接收到的信号进行处理,能够极大地提高雷达系统的抗干扰能力,是新一代军用雷达提高目标检测性能的关键技术之一。并且是无线通信智能天线中的核心技术。 本文介绍了数字波束形成技术的原理，对波束形成的信号模型进行了详细的推导，并且用matlab仿真了三种计算准则下的数字波束形成算法，理论分析和仿真结果表明以上三种算法都可以实现波束形成，并对三种算法进行了比较。同时研究了窄带信号的自适应波束形成的经典算法。研究并仿真了基于最小均方误差准则的LMS算法、RLS算法和MVDR自适应算法，并且做了一些比较。 关键词：数字波束形成、自适应波束形成、智能天线、最小均方误差、最大信噪比、最小方差
ABSTRACT With the development of high-speed, ultra high-speed signal acquisition, transmission and processing technology, digital array radar has became an important trend in the development of modern radar technology. Digital beamforming (DBF) technology uses advanced digital signal processing technology to process the signal received by antenna array. It can improve the anti-jamming ability of radar system greatly and it is one of the key technology。It is the core of the smart antenna technology in wireless communication too。 This paper introduces the principle of digital beam forming technology, the signal model of beam forming was presented, And the digital beam forming algorithm under the three calculation criterion was simulated by MATLAB, theoretical analysis and simulation results show that the three algorithms can achieve beamforming, and made some comparison between the three algorithms. At the same time, made some study about the adaptive narrow-band signal beam forming algorithm. Learned and Simulateded the LMS algorithm base on minimum mean square error criterion and RLS algorithm and MVDR algorithm, and do some comparison Key Words:DBF, ADBF, Smart antenna, The minimum mean square error, The maximum signal to noise ratio
数字电子技术基础教材第四章答案
习题4 4－1 分析图P4－1所示的各组合电路，写出输出函数表达式，列出真值表，说明电路的逻辑功能。 解：图（a ）：1F AB =；2 F A B =；3F AB = 真值表如下表所示： A B 1F 2F 3F 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 其功能为一位比较器。A>B 时，11F =；A=B 时，21F =；A
0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 功能：一位半加器，1F 为本位和，2F 为进位。 图（c ）：1(0,3,5,6)(1,2,4,7)F M m = =∑∏ 2(0,1,2,4)(3,5,6,7)F M m ==∑∏ 真值表如下表所示： A B C 1F 2F 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 功能：一位全加器，1F 为本位和，2F 为本位向高位的进位。 图（d ）：1F AB =；2 F A B =；3F AB = A B 1F 2F 3F 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 功能：为一位比较器，AB 时，3F ＝1 4－2 分析图P4－2所示的组合电路，写出输出函数表达式，列出真值表，指出该电路完成的逻辑功能。
解：该电路的输出逻辑函数表达式为： 100101102103F A A x A A x A A x A A x =+++ 因此该电路是一个四选一数据选择器，其真值表如下表所示： 1A 0A F 0 0 0x 0 1 1x 1 0 2x 1 1 3x 4－3 图P4－3是一个受M 控制的代码转换电路，当M ＝1时，完成4为二进制码至格雷码的转换；当M ＝0时，完成4为格雷码至二进制的转换。试分别写出0Y ,1Y ,2Y ,3Y 的逻辑函数的表达式，并列出真值表，说明该电路的工作原理。
波束形成
3.5 两种特殊的波束形成技术 3.5.1协方差矩阵对角加载波束形成技术 常规波束形成算法中，在计算自适应权值时用XX R ∧ 代替其中的X X R 。由于采样快拍数是有限的，则通过估计过程得到的协方差矩阵会产生一定误差，这样会引起特征值扩散。从特征值分解方向来看，自适应波束畸变的原因是协方差矩阵的噪声特征值扩散。自适应波束可以认为是从静态波束图中减去特征向量对应的 特征波束图，即:m in 1 ()()( )()(()())N i V V iv iv V i i G Q E E Q λλθθθθθλ* =-=-∑,其中()V G θ是 是自适应波束图，()V Q θ是静态波束图，即没有来波干扰信号而只有内部白噪声时的波束状态。i λ是矩阵X X R 的特征值。()iv E θ是对应i λ的特征波束图。 由于X X R 是 Hermite 矩阵，则所有的特征值均为实数，并且其特征向量正交，特征向量对应的特征波束正交。而最优权值的求解表达其中的X X R 是通过采样数据估计得到的，当采样快拍数很少时，对协方差矩阵的估计存在误差，小特征值及对应的特征向量扰动都参与了自适应权值的计算，结果导致自适应波束整体性能的下降。鉴于项目中的阵列形式，相对的阵元数较少，采样数据比较少，很容易在估计协方差矩阵的时候产生大的扰动，导致波束的性能下降，所以采用对角加载技术来保持波束性能的稳定及降低波束的旁瓣有比较好的效果。 （1）对角加载常数λ 当采样数据很少时，自适应波束副瓣很高，SINR 性能降低。对因采样快拍数较少引起自相关矩阵估计误差而导致的波束方向图畸变，可以采用对角加载技术对采样协方差矩阵进行修正。修正后的协方差矩阵为:XX XX R R I λ∧ =+ 。 自适应旁瓣抬高的主要原因是对阵列天线噪声估计不足，造成协方差矩阵特征值分散。通过对角加载，选择合适对角加载λ ，则对于强干扰的大特征值不会受到很大影响，而与噪声相对应的小特征值加大并压缩在λ附近，于是可以得到很好的旁瓣抑制效果。对于以上介绍的通过 LCMV 准则求得的权值o p t w 经过对角加载后的最优权值为：111()(())H opt XX XX w R I A A R I A f λλ---=++ （2）广义线性组合加载技术 对角加载常数λ 来修正采样协方差矩阵，能够有效实现波束旁瓣降低的同时提高波束的稳健性。但是对加载值λ 的确定有一定难度，目前还是使用经验值较多。于是，来考虑另外一种能够有效实现协方差矩阵的修正，而且组合参数
阵列雷达数字波束形成技术仿真与研究
阵列雷达数字波束形成技术仿真与研究 【摘要】本文首先介绍了数字波束形成的基本原理，随后对普通波束形成及基于LCMV准则和MVDR准则的单多波束自适应形成技术分别进行了原理介绍和仿真分析。仿真结果表明，基于自适应技术的数字波束形成能有效提取有用信号，并在干扰方向上形成零陷，有效的抑制噪声和干扰，大大提高了阵列雷达的天线性能。 【关键词】阵列雷达；波束形成；自适应 1.引言 波束形成（Beam Forming，BF）[1]是指将一定几何形状排列的多元阵列各阵元的输出经过加权、时延、求和等处理，形成具有空间指向性波束的方法。BF技术的广泛应用赋予了雷达、通信系统诸如多波束形成、快速、灵活调整方向图综合等许多优点。阵列天线的波束形成可以采用模拟方式，也可以采用数字方式，采用数字方式在基带实现滤波的技术称为数字波束形成（Digital Beaming Forming，DBF），它是天线波束形成原理与数字信号处理技术结合的产物，是对传统滤波技术的空域拓展，在通信领域中也称为智能天线技术。 2.普通波束形成 2.1 普通波束形成的基本原理 要研究数字波束形成技术，首先要建立阵列信号的表示形式。假设接收天线为N元均匀线阵，阵元间的间隔为d，各阵元的加权矢量为W=[w1，w2，…，wN]，假设信号为窄带信号S（t），信号波长为，来波方向为，经过加权控制的阵列天线示意图如图1所示[2]。 图1 阵列天线波束形成示意图 若以阵元1为参考点，则各阵元接收信号可以写成： （1） （2） 将上式写成矢量形式，得： （3） 称为为方向矢量或导向矢量。在窄带条件下，它只依赖于阵列的几何结构和波的传播方向，因此，均匀线阵的导向矢量可表示为：
数字电子技术基础第五版
数字电子技术基础第五版习题解答： 本书是为配合清华大学电子学教研组编、阎石主编的《数字电子技术基础》（第五版）教材的使用而编写的习题解答。书中除包含有《数字电子技术基础》（第五版）全部习题的详细解答以外，还含有各章习题的分类以及每种类型题目的解题方法和步骤等内容。 数字电子技术基础（第5版）： 数字电子技术基础（第5版）》是2006年高等教育出版社出版的图书，作者是阎石、清华大学电子学教研组。 内容简介： 本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材。本书以前各版曾分别获得北京市教育教学成果一等奖、国家教委优秀教材一等奖、国家级优秀教材奖。 新版教材是在基本保持第四版教材内容、理论体系和风格的基础上，按照教育部2004年修订的“数字电子技术基础课程教学基本要求”修订而成的。本次修订除改写了部分章节外，还增加了硬件描述语言和EDA软件应用的基础知识。此外，还在多数小节后面增设了复习思考题。为了便于教学，也为了便于读者今后阅读外文教材和使用外文版的EDA软件，书中采用了国际上流行的图形逻辑符号。 全书主要内容有：数制和码制、逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、可编程逻辑器件、硬件描述语言、脉冲波形的产生和整形、数-模和模-数转换等共11章。
本书可作为电气信息类、仪器仪表类各专业的教科书，也可供其他相关理工科专业选用以及社会选者阅读。 作者简介： 阎石，清华大学教授、全国高等学校电子技术研究会理事长。1937年生人。1958年毕业于清华大学自动控制系，其后一直在清华大学从事电子技术的教学与科研工作。曾任国家教委工科本科基础课程教学指导委员会第一、二届委员，华北地区高等学校电子技术教学研究会理事长。1989年与童诗白教授等一起获得普通高等学校优秀教学成果国家级特等奖。主编的《数字电子技术基础》第二版获国家教委优秀教材一等奖，第三版获国家优秀教材奖，第四版获北京市教育教学成果一等奖。 主要著作有：《数字电子技术基础》第一、二、三、四版，高等教育出版社分别于1981年、1984年、1989年、1998年出版；《电子技术基础学习指导》，辽宁科技出版社，1985年出版；《数字电子电路》，中央电大出版社，1993年出版；《数字电子技术荩础（第四版）教师手册》，高等教育出版社，2003年出版；《帮你学数字电子技术基础》，高等教育出版社，2004年出版。
《数字电子技术基础》_阎石编著_数字电路教案
数字电路教案 本课程理论课学时数为70，实验24学时。各章学时分配见下表：
第一章逻辑代数基础 【本周学时分配】 本周5学时。周二1~2节，周四3~5节。 【教学目的与基本要求】 1、掌握二进制数、二—十进制数（主要是8421 BCD码） 2、熟练掌握逻辑代数的若干基本公式和常用公式。 3、熟练掌握逻辑函数的几种表达形式。 【教学重点与教学难点】 本周教学重点： 1、绪论：重点讲述数字电路的基本特点、应用状况和课程主要内容。 2、逻辑代数的基本运算：重点讲述各种运算的运算规则、符号和表达式。 3、逻辑代数的基本公式和常用公式：重点讲述逻辑代数的基本公式与普通代数公式的区别，常用公式的应用背景。 4、逻辑函数的表示方法：重点讲述各种表示方法的特点和相互转换方法。 本周教学难点： 反演定理和对偶定理：注意两者之间的区别、应用背景和变换时应注意的问题。【教学内容与时间安排】 一、绪论（约0.5学时） 1、电子电路的分类。 2、数字电路的基本特点。 3、数字电路的基本应用。 4、本课程的主要内容； 5、本课程的学习方法和对学生的基本要求。 二、数制与码制（约1.5学时）（若前置课程已学，可作简单复习0.5学时） 1、几种不同进制（二、八、十、十六进制）。 2、几种不同进制相互转换。 3、码制（BCD码）。 三、逻辑代数 1、基本逻辑运算和复合逻辑运算：与、或、非运算是逻辑代数的基本运算；还可以形成其他复合运算，常用的是与非、或非、与或非、异或、同或运算。（约0.5学时） 2、常用公式（18个）（约0.5学时） 3、基本定理（代入定理、反演定理、对偶定理）（约0.5学时） 4、逻辑函数的概念及表示方法（约0.5学时） 5、逻辑函数各种表示方法间的转换：常用的转换包括：函数式←→真值表；函数式←→逻辑图（约1学时）
数字电子技术基础习题答案
数字电子技术基础习题答案
数字电子技术基础答案 第1章 自测题 1.1填空题 1. 100011.11 00110101.01110101 11110.01 1E.4 2. 4 3. n2 4. 逻辑代数卡诺图 5.) (D C B A F ) (D C B A F+ =' 6.) )( (C B D C B A F 7. 代数法卡诺图8. 1 1.2判断题 1. √ 2.√ 3. × 1.3选择题 1.B 2.C 3.C 1.4 A F= 1⊙B AB F 2 B A F+ = 3 1.5 A B L 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1.6 C L=
1.7 AB C B A BC Y 习题 1.1 当0000 1 2 A A A ,7 A 到3 A 有1个不为0时，就可以 被十进制8整除 1.2 (a)AC BC AB F ++=1 （b ）B A AB F +=2 (c)C B A S ⊕⊕= AC BC AB C 0 1.3略 1.4 (1) ）（B A D C F )(1 ) )((1B A D C F ++=' (2) ） （B A B A F )(2 ) )((2B A B A F ++=' (3) E D C B A F 3 D E C AB F =' 3 (4) ) ()(4D A B A C E A F ）（ ) )()((4D A C AB E A F +++=' 1.5 C B A F ⊕⊕= 1.6 (1) B A C B C A L (2) D B C B D C A L (3) AD L (4) E ABCD L (5) 0 L 1.7 C B A B C A C AB ABC C B A L ),,( 1.8(1) ABD D A C F 1 (2) BC AB AC F 2 (3) C A B A B A F 3 (有多个答案) (4) C B D C AB C A C D F +++=4 (5) C B A ABD C B A D B A F 5 (6) 1 6 F 1.9 (1) AD D C B B A F 1 (2) B A A C F 2 (3) D A D B C B F 3 (4) B C F 4
电子教案《数字电子技术》(邱寄帆)教学资源 数字电子课程标准
《数字电子技术》课程标准 （适用于三年制高职电子信息工程技术专业） 制订人：周兴审定人：林训超一、制订课程标准的依据 本课程标准依据电子信息工程技术专业标准中的人才培养目标和培养规格以及对《数字电子技术》课程教学目标要求而制订，用于指导《数字电子技术》课程教学与课程建设。 二、课程的性质与作用 在电子信息工程技术专业课程体系中，本课程是专业核心主干课程之一，属于基本能力训练层次（电子技术平台类）的课程，也可作为电子技术类其它专业的选修课程。本课程是一门基于职业能力分析，以数字电子电路为载体，将典型数字电路设计、调试与应用有机融合的理论性、实践性都较强的课程。本课程主要培养学生具备典型数字电路设计、调试与应用的能力。 本课程计划教学学时为：80学时+2周（折算学时：140学时），计5.5学分。 三、课程与其它课程的关系 本课程学习和训练之前，学生应已修完如下课程：《电路分析与应用》、《电工电子操作》。
四、课程的教育目标 依据电子信息工程技术专业培养目标要求，本课程致力于培养拥护党的基本路线，适应生产、管理和技术服务第一线需要的，德、智、体、美全面发展，掌握本专业必备的专门知识，具备典型电子电路设计、调试与应用能力的高等技术应用性人才，以作为胜任专业岗位群技术服务和技术支持的保证。 通过本课程的学习和训练，使学生具备以下知识、能力和素质： 1．了解相关数字电子器件的识别、检测和使用知识； 2．掌握查阅数字电子器件手册的方法； 3．掌握常用电子仪器仪表（万用表、整流电源、信号发生器、示波器、毫伏表等）、设备和工具的使用； 4．具备典型数字电路分析和初步设计的能力； 5．具备阅读数字电路原理图的能力； 6．具备基本单元电路和小型电子产品的制作、测试、调试及排除简单电路故障的能力； 7．掌握专业工具软件（电路图绘图软件、电路仿真软件）的正确使用； 8．具备电子产品说明书的阅读和写作的能力； 9．培养学生科学严谨的工作作风、认真负责的工作态度，具有一定的生产观点、经济观点及团队合作的精神，培养较好的心理素质及安全、环保意识，具有良好的职业道德素养。 五、课程的教学内容与建议学时
数字电子技术基础. 第四版. 课后习题答案详解
Y 1 1 Y 第一章 1.1 二进制到十六进制、十进制 (1)(10010111)2=(97)16=(151)10 (3)(0.01011111)2=(0.5F)16=(0.37109375)10 1.2 十进制到二进制、十六进制 (1)(17)10=(10001)2=(11)16 (3) (0.39)10 = (0.0110 0011 1101 0111 0000 1010) 2 = (0.63D70A)16 1.8 用公式化简逻辑函数 (1)Y=A+B (2)Y = ABC + A + B + C 解： = BC + A + B + C = C + A + B + C =（A ＋A ＝） (5)Y=0 (2)(1101101)2=(6D)16=(109)10 (4)(11.001)2=(3.2)16=(3.125)10 (2)(127)10=(1111111)2=(7F)16 (4) (25.7)10 = (11001.1011 0011) 2 = (19.B 3)16 (3)Y=1 (4)Y = AB CD + ABD + AC D 解：Y = AD (B C + B + C ) = AD (B + C + C ) = AD (7)Y=A+CD (6)Y = AC (C D + A B ) + BC (B + AD + CE ) 解：Y = BC ( B ⊕ AD + CE ) = BC ( B + AD ) ⊕ CE = ABCD (C + E ) = ABCDE （8）Y = A + ( B + )( A + B + C )( A + B + C ) 解：Y = A + ( B ⊕ C )( A + B + C )( A + B + C ) = A + ( AB C + B C )( A + B + C ) = A + B C ( A + B + C ) = A + AB C + B C = A + B C (9)Y = BC + A D + AD (10)Y = AC + AD + AEF + BDE + BDE 1.9 (a) Y = ABC + BC (b) Y = ABC + ABC (c) Y 1 = AB + AC D ,Y 2 = AB + AC D + ACD + ACD (d) Y 1 = AB + AC + BC , Y 2 = ABC + ABC + ABC + ABC 1.10 求下列函数的反函数并化简为最简与或式 (1)Y = AC + BC (3)Y = ( A + B )( A + C )AC + BC (2) Y = A + C + D 解： = ( A + B )( A + C )AC + BC = [( A + B )( A + C ) + AC ] ⊕ BC = ( AB + AC + BC + AC )( B + C ) = B + C (5)Y = AD + AC + BCD + C 解：Y = ( A + D )( A + C )(B + C + D )C = AC ( A + D )(B + C + D ) = ACD (B + C + D ) = ABCD (4)Y = A + B + C (6)Y = 0 1.11 将函数化简为最小项之和的形式 (1)Y = A BC + AC + B C 解：Y = A BC + AC + B C = A BC + A (B + B )C + ( A + A )B C = A BC + ABC + AB C + AB C + ABC = A BC + ABC + AB C + ABC （2）Y = ABC D + A BCD + ABCD + AB CD + AB CD + A BC D
《电子技术基础》数字电路教案(张兴龙主编教材)
学生情况分析 该门课程所授对象是电子20和电子22班，两个班的学生都接近50人，均为二年一期学生。该批学生已经学习了《电子技术基础》的模拟电路的大部分，对专业都有了较为全面的了解，对专业课的学习方法都有一定的掌握，并学习过《电工基础》课程且有部分同学通过了电工证的考试，还学习过电子技能训练，掌握了基本工具的使用，具备一定的制作能力并有浓厚的兴趣。他们都还处于入门期，对知识的渴望较高，对专业课的反映很好。这些都是有利的方面。 不利的方面也是有的，诸如存在学生之间发展不平衡：有的课外参加过制作培训，甚至有少部分同学对电视机维修都有较好的掌握，而有同学对起码的制作还没入门，更有甚者有学生还不会使用万用表。还存在班级发展不平衡：由于电子20班与电子22班在以前的授课中专业老师不一样，各任课教师的侧重点也各不相同，使得班级之间有各方面的差异。随着《电子技术基础》一年二期的学习，有部分同学产生了畏难情绪，失去了学习兴趣。这两个班都有少部分同学是从电子23班转入的，在学生不平衡方面就尤为明显。 当然，教学过程本身就是要针对学生的不同状况做出相应的布置，让学生能学有所获。在对教材处理上，在教学方法上，在教学辅导等等各教学环节上都要有针对性的去解决问题，达到建立学生的学习兴趣，构成学生的知识个性。使学生能成为社会的中等技术工人，并具备后绪发展能力。
教材分析 该课程选用的由张龙兴主编的《电子技术基础》，由高等教育出版社出版，是教育部规划教材。全书分两篇，第一篇模拟电路基础，第二篇数字电路基础。第一篇学生已经在一年二期学习了大部分内容，只有集成运放一节没有学习。第二篇数字电路包括逻辑门电路、数字逻辑基础、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路、脉冲的产生和整形电路、数模和模数转换、智能化电子系统简介八个章节。 在教学中不可能面面具到，就需要适度的对教材进行处理，只能以部分为重点，根据学生的实际情况和教材内容，在教学中侧重于逻辑门电路（8课时）、数字逻辑基础（10课时）、组合逻辑电路的教学（14课时）、集成触发器（16课时）、时序逻辑电路（16课时）；对脉冲波形的产生和整形电路让学生了解性掌握（4课时）。对于智能化电子系统简介、数模和模数转换章节由于内容太深，太抽象学生不易掌握，不予讲解，但在大学阶段又有较多的应用，故就鼓励学生进行自学，对于不懂的内容个别辅导。所授内容共68课时（共需17周），由于时间限制，对其他相关内容只能利用课余时间进行辅导以扩宽学生的知识面。故要求学生能利用课余时间去阅读相关资料，来达到学以至用的目的。《电子技术基础》虽然是一门基础课，但他的应用还是相当广泛的，故在教学中也应该认识到这一点，以指导学生利用所学知识灵活运用。
(完整word版)数字电子技术基础习题册答案7-11
第7章 时序逻辑电路 【7-1】已知时序逻辑电路如图7.1所示，假设触发器的初始状态均为0。 (1 )写出电路的状态方程和输出方程。 (2) 分别列出X =0和X =1两种情况下的状态转换表，说明其逻辑功能。 (3) 画出X =1时，在CP 脉冲作用下的Q 1、Q 2和输出Z 的波形。 1J 1K C11J 1K C1Q 1 Q 2 CP X Z 1 图7.1 解： 1．电路的状态方程和输出方程 n 1n 2n 11n 1Q Q Q X Q +=+ n 2 n 11n 2Q Q Q ⊕=+ CP Q Q Z 21= 2 ．分别列出X =0和X =1两种情况下的状态转换表，见题表7.1所示。逻辑功能为 当X =0时，为2位二进制减法计数器；当X =1时，为3进制减法计数器。 3．X =1时，在CP 脉冲作用下的Q 1、Q 2和输出Z 的波形如图7.1(b)所示。 题表7.1 Q Q Z 图7.1(b) 【7-2】电路如图7.2所示，假设初始状态Q a Q b Q c =000。 (1) 写出驱动方程、列出状态转换表、画出完整的状态转换图。 (2) 试分析该电路构成的是几进制的计数器。 Q c 图7.2
解： 1．写出驱动方程 1a a ==K J n c n a b b Q Q K J ?== n b n a c Q Q J = n a c Q K = 2．写出状态方程 n a 1n a Q Q =+ n a n a n a n a n c n a 1n b Q Q Q Q Q Q Q +=+ n c n a n c n b n a 1n b Q Q Q Q Q Q +=+ 3．列出状态转换表见题表7.2，状态转换图如图7.2(b)所示。 图7.2(b) 表7.2状态转换表 CP n a n b c Q Q Q 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 0 0 0 n 4．由FF a 、FF b 和FF c 构成的是六进制的计数器。 【7-3】在二进制异步计数器中，请将正确的进位端或借位端（Q 或Q ）填入下表 解： 题表7-3 下降沿触发 由 Q 端引出进位 由Q 端引出借位 触发方式 加法计数器 减法计数器上升沿触发 由Q 端引出进位 由Q 端引出借位 【7-4】电路如图7.4(a)所示，假设初始状态Q 2Q 1Q 0=000。 1. 试分析由FF 1和FF 0构成的是几进制计数器； 2. 说明整个电路为几进制计数器。列出状态转换表，画出完整的状态转换图和CP 作用下的波形图。