数字波束形成系统多通道幅相校正方法及应用
多发多收SAR系统幅相误差定标方法
多发多收SAR系统幅相误差定标方法李舆坤;洪峻;明峰【摘要】方位多通道SAR (Synthetic Aperture Radar)系统采用数字波束形成技术(Digital Beam-Forming,DBF),能够克服最小天线面积的限制,有效地解决了高分辨率与大测绘带之间的矛盾,实现了高分辨率宽测绘带对地观测,多发多收模式是方位多通道SAR未来的发展方向.对于方位多通道SAR系统,通道间的幅相误差对系统成像性能有很大影响,必须对其进行标定.利用子空间投影算法,提出了一种基于地面发射机和接收机的定标方法.其利用地面布设的发射机和接收机,分别估计出接收通道间的幅相误差和发射通道间的幅相误差,实现收发通道相位误差分离,从而估计出多发多收模式下各回波包含的幅相误差值.基于发射机和接收机估计方法的精度均得到了仿真验证.最后通过点目标仿真实验,对提出方法的有效性进行了仿真验证.实验表明,该方法通过布设地面发射机和接收机即可对多发多收模式下通道间的幅相误差进行标定,实现成像的校正.【期刊名称】《雷达科学与技术》【年(卷),期】2018(016)002【总页数】7页(P155-161)【关键词】方位多通道SAR;多发多收;幅相误差;定标方法【作者】李舆坤;洪峻;明峰【作者单位】中国科学院电子学研究所,北京100190;微波成像技术国家重点实验室,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院电子学研究所,北京100190;微波成像技术国家重点实验室,北京100190;中国科学院电子学研究所,北京100190;微波成像技术国家重点实验室,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TN9580 引言在传统单通道合成孔径雷达(SAR)成像中,由于存在最小天线面积限制,无法同时获得宽距离测绘带和高方位分辨率。
多通道 SAR 系统采用数字波束形成技术(DBF)可以在保证无距离模糊的前提下,通过多普勒模糊抑制来实现高分辨宽测绘带成像[1]。
多波束的校准方法及其成果分析探讨
多波束的校准方法及其成果分析探讨发布时间：2023-02-20T06:00:53.564Z 来源：《建筑实践》2022年10月19期作者：李烁[导读] 随着卫星技术的不断发展，遥感图像的获取越来越普遍李烁天津市陆海测绘有限公司摘要：随着卫星技术的不断发展，遥感图像的获取越来越普遍，尤其是在低轨卫星对地观测领域。
遥感图像的分辨率要求越来越高，对遥感图像的处理也提出了更高的要求。
多波束由于能够同时对同一区域不同波段进行成像，在很多场合下可以发挥重要作用。
因此，为了提高多波束的观测质量，需要定期对多波束数据进行校正。
为了保证校正结果能够符合实际情况和预期要求，必须建立合理的校正方法。
本文将对多波束的校准方法及校准成果进行探讨。
关键词：多波束；校准方法；成果分析前言为了提高多波束测量精度和效率,在实际应用中需要对其进行合理优化设计。
首先,要选择合适的测区模型,并且还要保证所选用的测区模型具有较高的准确性;然后,要根据不同的测区特点来确定相应的数据处理方式,这样才能够使得数据采集工作更加高效地开展起来。
该方式具有较高的准确性和可靠性,并且还具备了一定的灵活性,因此在实际应用中能够得到广泛应用。
但是由于其自身存在着一些不足之处,所以需要相关人员不断改进与完善。
1 多波束校正参数概述1.1横摇偏差纵摇偏差艏向偏差简介它有别于常规的单波束点和线状测量，它是一种平面测量。
多波束式传感器由于其自身的主观因素，无法实现全水平定位，造成其与实际水平面存在倾斜度，我们习惯把换能器与船只水平面纵向的夹角称为纵摇偏差（pitch），换能器与船只水平面垂直方向的夹角为横摇偏差（roll）。
在实际测量中，由于船只的运动会导致换能器与水平面也产生一个夹角，所以对应某一时刻t，换能器的横摇角roll(t)、纵摇角pitch(t)都由两部分组成：roll(t)=roll(静)+roll（动）pitch(t)=pitch(静)+pitch（动）即roll(t)、pitch(t)都包含一个动态分量和一个静态分量。
数字波束形成系统多通道幅相校正方法及应用
Ｃ＝Ｃｌ，Ｃ２，… ，ＣＮ；
（３）接收前 端之前 的接 收天线 及相应射 频 电缆的增益为 ：Ｄ＝Ｄｌ，Ｄ２，…，ＤＮ；
（４）接收前 端之后通 道的链路 增益为 ：
Ｇ－－Ｇ １，Ｇ２，… ，Ｇｓ。
校正方法及步骤如 下：
图 １： 系 统校 正 示 意 图
ｆ 。。，圳Ｎ＝ｌ器，…， Ｉ
需 要 注 意 的是 ，如 果 采 用 分 时 采 集 的 方 法 模拟远场信号 ，需要保证信 号源在每个位 置发
射频通道的幅相一致性要求 却相 当严 格。在工 １．１研 制 阶段
送 的信号幅度和初相位完全相等 ，如果无法 满
程应用 中，射频通道 的组成多为模拟器件 ，不 可避免的存在通道 间的幅相差异，如果差异严 重导致通道失配 ，将会严 重影 响形成波束的形 状和 指 向，因此 ，在 ＤＢＦ运 算之 前，必须 对 阵列天线和接收通道进行幅相校正 。
在 系 统的研 制 阶段 ，系统 分别进 行 内场 校正和外场 校正，计算 内场校正系数 、外场校 正系数 以及 内外场校正补偿系数 。 １．１．１内场校正 的校正系数
校正源产生校正信号 ，经过功分器输 出 Ｎ 路 信 号 ｓｍ＝［ｓ ，…，ｓ 】：
信号处理端接收到 的校 正样本 ： ＝ ［Ｙ。 ，… ，ＹＮ 】＝【Ｓ Ｃ。Ｇ 一，ｓｍＣＮＧＮ］。
接 收 机
ｃ
『 ］
直～旺墼．一电
（２） 校 正 源 到 各 通 道 的 耦 合 系 数 为 ：
信号 处 理
数 字 波 束 形 成 （Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ， ＤＢＦ）是指在天线波束形 成的基础上采用先进 的数字信号 处理技 术对 阵列信号进行处理并在 数字域形成 多个可控接 收波束的一种技术 。与 机械 扫描 相 比，ＤＢＦ技 术 不但控 制波 束指 向 更 加 灵 活 ，还 可 以 实现 超 低 副 瓣 。 然 而 ，其 对
基于LMS算法的波束形成天线通道幅相校正
现代导航
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基于 Ｌ ＭＳ算法 的波束形 成天线通道幅相校正
金 燕
（ 中国电子科技集 团公司第二 十研 究所 ，西安 ７ １ ０ ０ ６ ８ ）
摘
要：本文针对波束形成天线通道幅相校 正问题 ，提 出了一种基于 Ｌ ＭＳ算法的校正方法
并利用 ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ 进行仿真验证。 从仿真结果看 出当自 适应滤波器的权 系数收敛后 ， 该方法具有较好
波 束 形成 天线 阵 列通道 包 含高频 放 大器 、混频
器 、中频放大器等模拟器件 以及 Ａ ／ Ｄ 数模转换器 件 。由于以上器件其构成 电路不可避免的存在特性
上 的差异 、加 工误 差 ，同时 受到 电路板 布 线 时走线 不 等 长等 因素 的影 响 ，使 得每 个 阵元 的通 道增 益和 相 移 都会 较之 于理 想情 况 时 出现 随机偏 差 ，即通道
正。
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现代导航
２ ０ １ ３钲
图 １通道 的校正原理
本 项 目采用 自适 应滤 波器 采用 Ｌ ＭＳ算法 ， Ｌ ＭＳ 算 法是 以均 方误 差最 小 为判定 准则 。以抽头 数 为 Ⅳ 的Ｌ ＭＳ 自适应 滤 波器 为例 ，其 原理 框 图如 图 ２所
示。
＿ ｙ （ ） ＝ Ｚｙ （ ）
Ｊ Ｉ Ｎ ＿ ｃ ｍ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｅ ａ ｍｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ’ Ｓ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｎｄ ａ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｎｄ ａ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ
数字波束形成方法在多目标测控中的应用
Application of Digital Beamforming in Multi-targetTT&C SystemPAN Dian-fei CHENG Nai-ping(Academy of Equipment Beijing 101416, China)1. e-mail：***********************,******************Abstract: In order to realize multi-target tracking, telemetry and command (TT&C) with single ground TT&C station, digital beamforming technique is an ideal choice to meet the growing demands of antenna system. The application characteristics of digital beamforming used in large array, multi-target tracking, hemispherical coverage scanning, and direct sequence/frequency hopping (DS/FH) TT&C system are investigated in detail. The implementations and key technologies of beamforming at subarray level, adaptive monopulse, multi-planar arrays antenna and wideband beamforming based on FIR filter are also presented. Advanced digital beamforming technology will be employed to enhance antenna performance to meet the requirements of Multi-target TT&C system.Keywords: multi-target; digital beamforming; large array; hemispherical coverage数字波束形成方法在多目标测控中的应用潘点飞，程乃平(装备学院，北京，中国，101416)1. e-mail：***********************,******************【摘要】为更好地实现一站式多目标同时测控，数字波束形成技术是一种较为理想的天线技术。
数字波束形成中的接收通道校正技术研究
数字波束形成中的接收通道校正技术研究DBF技术是在原来模拟波束形成原理的基础上，引入数字信号处理方法之后建立的一门雷达新技术。
数字波束形成就是用数字方式将由于传感器在空间位置不同引入的传播程差导致的相位差进行补偿，从而实现各路信号之间信号同相叠加，使得观测方向能量最大接收，形成特定方向上目标信号检测。
DBF实现的多波束形成系统有着可同时产生多个独立可控波束而不损失信噪比、波束特性由权矢量控制且灵活可变、天线有较好的自校正和低副瓣能力等优点，尤其是由于在基带上保存了全部天线阵单元信号的信息，因而可以通过数字信号处理的方法对阵列信号进行处理，以获得波束的优良性能。
接收通道的幅相一致性是影响DBF性能的关键因素，本文介绍了通道均衡的原理和算法以及工程实现方法，并给出一则工程实现接收通道校正技术的实例。
其研制成果已应用在多部相控阵雷达中，缩小了我国在这个领域与其他国家之间的差距，具有重要的经济意义和军事意义。
2通道均衡的基本原理2.1 概述近年来，随着阵列信号处理技术的广泛应用，人们逐渐认识到有许多因素会影响到阵列信号处理机的性能。
其中，当利用加权控制技术形成方向图零点或者极低旁瓣区的时候，接收通道的幅度和相位误差也极大地影响天线的性能，包括系统输出的信噪比、响应速度、调零深度和测向的超分辨率。
在本文所述的阵列天线雷达信号处理系统中，在实际工作环境下，每个通道都包括阵元和馈电线路，射频放大与变频，中频处理，I／O支路和A／D变换的数字输出，任一环节有误差都会引起通道不一致。
显然，由于模拟器件和模拟器件所构成的电路都不可能做得完全相同，并且，在工作中，模拟电路的状态也会不断的变化。
因此，对于众多的接收通道要求其工作特性在任何时刻完全一致是不可能的。
互耦的存在使得各个阵元的输出不同，各个接收通道的幅、相误差以及同一通道内I／O 支路的正交误差都是造成通道不一致的重要因素。
在零中频接收机中，为了保存阵面接收的目标回波信号幅度和相位信息，需要采用相干相位检波器，要求两支路输出的是相互正交的I／O基带信号。
基于FPGA的超宽带数字波束形成技术
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３１１４．２０２２．０１．０２２引用格式：顾明超，李春晓，边疆，等．基于ＦＰＧＡ的超宽带数字波束形成技术［Ｊ］．无线电通信技术，２０２２，４８（１）：１７３－１７９．［ＧＵＭｉｎｇｃｈａｏ，ＬＩＣｈｕｎｘｉａｏ，ＢＩＡＮＪｉａｎｇ，ｅｔａｌ．ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＵＷＢＤｉｇｉｔａｌＢｅａｍ⁃ＦｏｒｍｉｎｇｆｏｒＦＰＧＡ［Ｊ］．ＲａｄｉｏＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＴｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙ，２０２２，４８（１）：１７３－１７９．］基于ＦＰＧＡ的超宽带数字波束形成技术顾明超１，２，李春晓１，２，边㊀疆１，２，张汉卿１，２（１．中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄０５００８１；２．河北省电磁频谱认知与管控重点实验室，河北石家庄０５００８１）摘㊀要：随着高速ＡＤＣ和高性能ＦＰＧＡ芯片工艺技术的飞速发展，芯片的小型化和集成化促进了电子战系统瞬时覆盖带宽由几十兆赫兹上升到几百兆赫兹甚至到吉赫兹量级，属于超宽带范畴㊂为了获得更远的探测距离性能，具备同时对多个辐射源侦测的能力，需要瞬时形成多个数字波束对目标区域密集覆盖㊂针对宽带时域校准与合成处理资源占用多㊁形成波束少的缺点，在ＦＰＧＡ中采用整数点移位与相位校准滤波方法实现了通道校准，通过整数点移位与分数时延滤波处理降低了合成滤波器的阶数㊂对瞬时带宽内多个等间隔单音信号的波束指向进行仿真，通过波束图验证了宽带合成各频率指向的一致性㊂提出了一种处理实时㊁资源占用少的频域处理方法，结合ＦＰＧＡ芯片特性进行了硬件化实现，对合成前后频谱进行了对比，验证了合成增益㊂关键词：阵列信号处理；ＦＰＧＡ；超宽带数字多波束形成；电子侦察中图分类号：ＴＮ９１１㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１００３－３１１４（２０２２）０１－０１７３－０７ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＵＷＢＤｉｇｉｔａｌＢｅａｍ⁃ＦｏｒｍｉｎｇｆｏｒＦＰＧＡＧＵＭｉｎｇｃｈａｏ１，２，ＬＩＣｈｕｎｘｉａｏ１，２，ＢＩＡＮＪｉａｎｇ１，２，ＺＨＡＮＧＨａｎｑｉｎｇ１，２（１．Ｔｈｅ５４ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｂｅｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＳｐｅｃｔｒｕｍＣｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００８１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｆａｓｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄＡＤＣａｎｄｈｉｇｈ⁃ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＦＰＧＡ，ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｆｏｒｃｈｉｐｓｍａｋｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｂａｎｄｗｉｄｔｈｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｗａｒｆａｒｅｓｙｓｔｅｍｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍｔｅｎｓｏｆＭＨｚｔｏｈｕｎｄｒｅｄｓｏｒｅｖｅｎｔｈｏｕｓａｎｄｓｏｆＭＨｚ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｔｏｕｌｔｒａ⁃ｗｉｄｅｂａｎｄｃａｔｅｇｏｒｙ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ／ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｒａｄｉａｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅｓ，ｍｕｌｔｉｐｌｅｄｉｇｉｔａｌｂｅａｍｓｎｅｅｄｔｏｂｅｆｏｒｍｅｄｔｏｃｏｖｅｒｔａｒｇｅｔａｒｅａ．Ｈｉｇｈ⁃ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＦＰＧＡｈａｓａｂｕｎｄａｎｔｌｏｇｉｃｏｐｅｒａｔｉｏｎｓａｎｄｓｔｏｒａｇｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｎ⁃ｃｈｉｐ，ｗｈｉｃｈｉｓｈｉｇｈｌｙｓｕｉｔｂｌｅｆｏｒｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ⁃ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇｉｎａｒｒａｙｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｏｃｃｕｐａｎｃｙｒａｔｅｏｆｗｉｄｅｂａｎｄｔｉｍｅ⁃ｄｏｍａｉｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｆｏｒｍｍｏｒｅｂｅａｍｓ，ｉｎｔｅｇｅｒｐｏｉｎｔｓｈｉｆｔａｎｄｐｈａｓｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｒｅｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｃｈａｎｎｅｌｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｉｎｔｅｇｅｒｐｏｉｎｔｓｈｉｆｔａｎｄｆｒａｃｔｉｏｎａｌｄｅｌａｙｆｉｌｔｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｒｅａｄｏｐｔｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｆｉｌｔｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｉｎＦＰＧＡ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｅｑｕａｌｌｙ⁃ｓｐａｃｅｄｔｏｎｅｓｉｇｎａｌｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｔｈｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｏｆｅａｃｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｄｅｂａｎｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｅａｍｐａｔｔｅｒｎ．Ａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｐｒｏ⁃ｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｌｅｓｓｒｅｓｏｕｒｃｅｏｃｃｕｐａｎｃｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｈａｒｄｗａｒｅｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＦＰＧＡｃｈｉｐ．ＴｈｅｎｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅＤＢＦｉｓｃｏｍｐａｒｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｃｏｍｂｉｎｉｎｇｇａｉｎｃａｎｂｅｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｒｒａｙｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ＦＰＧＡ；ＵＷＢｍｕｌｔｉｄｉｇｉｔａｌｂｅａｍ⁃ｆｏｒｍｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ收稿日期：２０２１－１０－２０基金项目：国家科技计划专项经费（２０１６ＱＹ１０Ｗ１８０２）ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＩｔｅｍ：ＳｐｅｃｉａｌＦｕｎｄｓｏｆＮａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｌａｎ（２０１６ＱＹ１０Ｗ１８０２）０㊀引言相控阵技术是近年发展迅速的前沿热点技术之一，早先应用于雷达探测技术，多为窄带阵列处理体制［１］，典型带宽值为几兆赫兹至几十兆赫兹㊂随着技术推广，目前已经逐步应用到电子对抗系统中，瞬时带宽也要求到几百兆赫兹甚至更高㊂２０２０年１２月中国工程院发布的信息与电子工程领域技术前沿，相控阵技术在该领域１０项前沿工程技术中占据两席，足以说明相控阵体制的技术先进性，对其关键技术工程化研究应用具有一定紧迫性，本文主要介绍其关键技术之一的超宽带数字波束形成技术的原理与其在ＦＰＧＡ中实现过程㊂相控阵技术从有源放大和波控单元的位置区分，可分为无源和有源相控阵；从波束形成方式区分，可分为模拟波束合成㊁数字波束合成以及模数混合波束合成；从技术发展角度看，相控阵从无源发展到有源，从模拟发展到数字架构㊂数字波束形成是相控阵领域中的一个关键技术，其本质是一种数字化空域滤波，增强特定方位入射到阵列的信号，提高信噪比，抑制其他方向的干扰与噪声，为之后信号处理提供必要条件㊂在电子对抗领域，若能形成多个指向可变的宽带数字波束密集覆盖敏感区域，通过多波束并行侦察方式，势必能提高电子侦察系统的信号截获概率㊂电子对抗中对宽带没有明确定义，一般认为信号带宽与中心频率之比小于１％时，为窄带信号；大于１％小于２５％时，为宽带信号；若带宽与中心频率的比值大于２５％，为超宽带（ＵＷＢ）信号［２］㊂在电子对抗领域，由于为非合作接收方式，不明确信号调制类型和带宽以及持续时间，需通过高速ＡＤＣ采集瞬时覆盖目标频段，再通过宽带侦察和信道化检测等措施对信号参数进行测量㊂目前瞬时带宽典型应用范围为３００ＭＨｚ及以下，瞬时覆盖５００ＭＨｚ到ＧＨｚ带宽的需求也将日益增多［３］㊂Ｘｉｌｉｎｘ公司Ｖｉｒｔｅｘ⁃７系列的大容量ＦＰＧＡ是一类性价比高且应用较广的芯片㊂这个系列ＦＰＧＡ有数量众多的逻辑／存储资源以及较为丰富的乘法器和数量众多的高速串行总线接口，非常适合于超宽带数字多波束的技术验证㊂１㊀数字波束形成实现原理１．１㊀数字波束合成原理本文主要讨论信号接收波束形成，不涉及发射波束㊂早期的波束合成往往采用模拟移相的方式对多路模拟信号进行移相后合路，由于模拟移相器在宽频带中具有 非色散 特性，对覆盖频带中各频点移相值一样，应用于窄带信号的合成效果较为理想㊂但是对于电子侦察而言，瞬时覆盖带宽高达几百ＭＨｚ甚至ＧＨｚ，由于天线孔径效应的存在，导致宽带波束方向与理想方向产生偏差，瞬时带宽越大，天线的孔径效应越明显［４］㊂模拟信号移相合成方式已经不能满足宽带合成需求，必须采用宽带数字校准合成技术实现对多阵元宽带数据流的处理㊂在阵列信号接收过程中，辐射源发出的目标信号在空间传输后到达接收阵列天线的各阵元，由于天线阵元的位置差异导致其接收信号的波程差异，因此各阵元的输出信号存在一定的相对时间延迟㊂对各阵元接收信号的时延做出补偿，让经过补偿后的各个输出信号在所期望的空间方向上幅度为同向相加，则此时可以最大化指定方向的波束输出信号幅度，并且使其他方向上的波束幅值相应变小，由此对非期望方向上的无用信号起到了抑制作用，用时域滤波处理方式达到了空域滤波的效果，这也是数字波束合成的一般性原理㊂下面以均匀线阵㊁单音信号输入为例进行说明，相邻两个阵元间隔为ｄ，如图１所示㊂图１㊀信号入射均匀线阵示意图Ｆｉｇ．１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｉｇｎａｌｉｎｃｉｄｅｎｔｕｎｉｆｏｒｍｌｉｎｅａｒａｒｒａｙ假设阵元１为相位参考，来波方向与法线方向夹角为θ，ｃ为光速，各阵元的时延表达式为［５］：τｉ＝ｄ（ｉ－１）ｓｉｎθｃ，ｉ＝１，２，．．．Ｎ㊂（１）则各阵元相位差如式（２）所示：Δφｉ＝２πｆｃτｉ＝２πｆｃｄ（ｉ－１）ｓｉｎθｃ＝２πｄ（ｉ－１）ｓｉｎθλ，ｉ＝１，２，．．．Ｎ㊂（２）若采样率为ｆｓ，则整数时延就近取整后，整数延迟值计算如式（３）所示：Ｌｉｎｔ＝ｒｏｕｎｄ（τｉ㊃ｆｓ）㊂（３）分数时延计算如式（４）所示：Ｌｆｒａｃｔｉｏｎ＝τｉ㊃ｆｓ－ｒｏｕｎｄ（τｉ㊃ｆｓ）㊂（４）式（１） （４）的推导隐含了一个重要前提，即各阵元接收到数字化过程的通道一致性是理想的，但实际情况并非如此，需要校准源产生扫频或梳状谱信号作为阵列接收模块的输入激励，对通道一致性进行校准，再按上述分析过程进行合成处理㊂通道间不一致包括在法线方向时，各阵元接收信号时延不一致和通道间非线性相位差异，时延不一致可分解为整数采样点和分数点延迟，整数采样点可通过采样点校准在ＦＰＧＡ中对数据缓存或移位寄存器实现，分数点延迟和非线性相位差异可以与波束合成功能的分数点延迟功能进行合并，通过频域实现，这种组合实现方式有利于降低硬件实现的复杂度和资源消耗㊂１．２㊀宽带数字波束合成实现过程一般阵列处理系统包含阵列天线㊁模拟信道㊁数字处理和软件控制席位四部分㊂波束控制由软件席位控制模拟信道和数字部分电路完成㊂简化框图如图２所示㊂图２㊀宽带数字波束形成原理图Ｆｉｇ．２㊀Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｗｉｄｅ⁃ｂａｎｄＤＢＦ在图２中，若ＡＤＣ采样率足够高，采用射频直接采样体制接收覆盖目标频段，各阵元接收的多通道射频信号经过滤波放大后进入高速ＡＤＣ完成模数转换，通过实采样校准和数字延迟滤波完成波束合成功能，或者实采样信号通过宽带变频滤波后形成多相结构的零中频数据流，再经过宽带复校准和数字复合成滤波计算后，完成宽带数字波束合成功能㊂宽带侦察系统中，除了要求形成宽带波束，往往还采用宽带侦察引导窄带测向的方式，需要形成多个窄带波束进行控守，只需按照阵列模型和频点计算合成系数，再与按中心频点计算的通道间相位校准系数相乘，通过窄带滤波后的乘加运算完成信号合成功能㊂２㊀宽带数字波束合成实现过程波束合成的实现可分为时域法和频域法，无论哪种方法，预处理包含的采样同步㊁采样点校准都是必须的，都是ＤＳＰ通过回读ＦＰＧＡ内同步存储的多路数据，经过校准和合成算法，将计算后系数写入ＦＰＧＡ中［６］进行后续运算㊂时域法和频域法均可实现宽带数字波束，处理方法的选择主要取决于波束数量㊁硬件资源消耗与系统成本㊂２．１㊀时域合成法宽带波束形成时域实现常见的有ＦＩＲ滤波器实现㊁基于Ｆａｒｒｏｗ的分数点延时法和微波光子技术的时延方法㊂Ｆａｒｒｏｗ结构［７］可实现任意分数点延迟，延迟改变只需更改输入参数即可，延迟精度取决于相数和阶数，对宽带多相数据而言，乘加器使用数量较大，工程化优势不明显㊂微波光子技术［８］通过光延迟实现真延时功能，延迟精度受环境因素影响较大，目前技术成熟度暂不满足工程化要求㊂宽带时域波束合成最常见做法是通过ＦＩＲ滤波器组实现的，利用ＦＩＲ滤波器实现各阵元不同延时后的加权㊂其设计思路是：若需在期望方向形成指向波束，选择带宽内一定数量频点来进行波束设计，得出在这些特定频点上的加权值，也就是得到每个阵元的幅度权与相位权㊂设计一组滤波器，使每个滤波器的幅相响应分别在这些频点上，与各阵元的幅度加权和相位加权近似相同㊂换言之，就是设计一组ＦＩＲ滤波器，用其幅频响应和相频响应分别拟合各阵元的幅度权与相位权㊂时域合成框图如图３所示㊂图３㊀时域合成框图Ｆｉｇ．３㊀ＢｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｉｍｅｄｏｍａｉｎＤＢＦ模拟信号数字化后，通过ＦＩＲ滤波器加权后相加，形成波束输出㊂在不考虑通道一致的情况下，为降低ＦＩＲ滤波器阶数，只需要滤波器实现分数点延迟，整数点延迟由ＦＰＧＡ内部缓存或移位寄存器完成㊂理想的分数时延滤波器的冲激响应可表示为：ｈｉｄ（ｎ）＝ｓｉｎｃ（ｎ－Ｄ）㊂（５）当延迟不是正整数时，式（５）表示的滤波器是非因果的，若直接使用截断后的ｓｉｎｃ函数来设计分数时延滤波器，其性能往往是不可接受的㊂为降低吉布斯效应的影响，时域加窗是常用的方法㊂加窗后的冲激响应如式（６）所示：ｈ（ｎ）＝Ｗ（ｎ－Ｄ）ｓｉｎｃ（ｎ－Ｄ），０ɤｎɤＮ０，其他{，（６）其中，理想冲激响应ｈｉｄ（ｎ）被窗函数截断，窗长Ｌ＝Ｎ＋１㊂窗函数可选择海明窗㊁汉宁窗以及切比雪夫窗等㊂窗函数法计算量小㊁实时性高，但硬件资源受限导致滤波器长度较短时，该方法难以控制幅度响应误差㊂若波束指向变化时，需不断加载更新滤波器系数，造成波束数据间断，影响对目标信号接收效果㊂设计举例：２４阵元线阵，阵元间距０．１ｍ，采样率１６００Ｍｓａｍｐｌｅ／ｓ，瞬时覆盖５００ＭＨｚ带宽，要求形成３个波束，波束覆盖范围ʃ３０ʎ㊂校准滤波器系数６４阶，时延滤波器系数３２阶，满足设计要求㊂单片ＦＰＧＡ接收２路采样数据，８相２００Ｍｓａｍｐｌｅ／ｓ结构，若采用实信号校准合成方法，校准滤波消耗乘法器为６４ˑ８ˑ２＝１０２４，合成滤波消耗乘法器为３２ˑ８ˑ２ˑ３＝１５３６，合计２５６０个乘法器，采用ＸＣ７ＶＸ６９０Ｔ可实现预期功能，但只能形成１个波束㊂由此可见，宽带时域处理方法资源消耗多，尤其是数据为多相结构时，资源按相数线性增长㊂２．２㊀频域合成法时域合成处理占用ＦＰＧＡ内部资源较多，因此必须转换思路，选择一种处理实时资源消耗少的校准合成方法支撑宽带阵列处理数字多波束应用需求㊂时域校准合成实质为数据流与时域系数卷积运算，需通过并行乘加实现㊂若将运算变换至频域处理，校准合成系数先进行卷积运算，补零后通过ＦＦＴ运算变换至频域，频域系数与频域数据串行相乘，各路相加后再ＩＦＦＴ变换至时域，形成ＤＢＦ数据流㊂ＦＦＴ和ＩＦＦＴ消耗乘法器和存储资源较少，乘法器的使用数量较时域大为减少㊂频域合成ＦＰＧＡ实现如图４所示㊂图４㊀频域合成ＦＰＧＡ实现框图Ｆｉｇ．４㊀ＦＰＧＡｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎＤＢＦ图４中，通过ＪＥＳＤ２０４Ｂ总线接收的采样数据经过多相滤波形成四相零中频数据流，对多相数据流按Ｎ点等间隔进行划分，数据块顺序与ＦＰＧＡ中４路处理资源对应，经过数据缓存并串转换后进行ＦＦＴ运算，并与ＤＳＰ下发的频域系数相乘后与其他数据通道的对应支路求和，ＩＦＦＴ变换至时域，串并转换后，按照时间对应关系重新排列数据，形成连续的波束合成时域数据流㊂３㊀ＦＰＧＡ实现验证在超宽带波束合成ＦＰＧＡ实现过程中，遇到了多个技术实现问题㊂例如频率分辨率与自校源步进不匹配，ＦＰＧＡ处理时钟高造成时序收敛困难，数据传输量过大导致形成波束数量减少，频域合成后的时域数据断数，校准合成一体设计降低资源量，提升波束扫描连续性等ＦＰＧＡ实现问题㊂３．１㊀采样率变换提升处理与传输在工程应用中，校准时理想状态是让校准频点精确落在整数谱线上㊂自校源产生的频率步进最小为５００ｋＨｚ，若按采样率进行计算，采样率８００Ｍｓａｍｐｌｅ／ｓ，ＦＦＴ点数２５６，此时频率步进为３．１２５ＭＨｚ，不能与自校源进行适配㊂在ＸＣ７ＶＸ６９０Ｔ中，当ＦＰＧＡ资源占用较多时，时钟速率运行至２００ＭＨｚ会造成时序收敛的困难㊂采样率为８００Ｍｓａｍｐｌｅ／ｓ，一个波束的数据量为２５．６Ｇｂｉｔ／ｓ，再加之６４／６６ｂｉｔ编码效率以及９５％的传输效率，数据量为２７．７９Ｇｂｉｔ／ｓ，需通过一组４ＸＡｕｒｏｒａ总线才能将一个波束传出，造成ＦＰＧＡ高速串行接口使用过多，减少了波束数据的传输，从而限制了波束形成数量㊂为了解决以上三点问题，设计了基于多相结构的采样率变换模块，采样率由８００Ｍｓａｍｐｌｅ／ｓ变换至６４０Ｍｓａｍｐｌｅ／ｓ，校准的频率步进由３．１２５ＭＨｚ变为６４０／２５６＝２．５ＭＨｚ，适配了自校源频率步进特性㊂通过采样率变换后，ＦＰＧＡ内部逻辑处理时钟为６４０／４＝１６０ＭＨｚ，有效降低了ＦＰＧＡ电路时序收敛的难度，降低了ＦＰＧＡ技术开发难度㊂通过变采样率运算后，ＦＰＧＡ内部形成一个波束数据量为２２．２３２Ｇｂｉｔ／ｓ，采用２ＸＡｕｒｏｒａ（线速率为１２．５Ｇｂｉｔ／Ｌａｎｅ）便可完成波束数据传输，提高了产生极传输的数量㊂３．２㊀ＩＦＦＴ变换后波束数据不连续在频域处理时，通过仿真发现ＩＦＦＴ后的波束数据存在不连续现象，即当进行ＩＦＦＴ变换时，存在瞬态信息丢失问题㊂因此频域处理必须消除两次ＩＦＦＴ交界处相位不连续对合成造成的影响［９］㊂结合ＦＰＧＡ实现特点，采用１／２交叠运算的办法对相邻两次ＩＦＦＴ后时域数据交叠处进行去重处理㊂以单音信号为输入，通过仿真对比，频域ＦＦＴ处理不作１／２交叠与作１／２交叠，输出时域数据的对比㊂光滑曲线是经过１／２交叠后的曲线，三角符号曲线代表未经过１／２交叠的曲线，如图５所示㊂图５㊀ＦＦＴ计算１／２交叠对比图Ｆｉｇ．５㊀１／２ｏｖｅｒｌａｐｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｃｈａｒｔｏｆＦＦＴｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ由图５不难看出，未经过１／２交叠处理的数据波形存在明显数据点周期性跳变现象，跳变周期与ＦＦＴ点数一致㊂与不交叠处理相比，交叠处理会使ＦＰＧＡ波束形成模块的资源消耗翻倍，但与时域校准合成相比，频域处理资源消耗小，仍具明显优势㊂３．３㊀频域校准合成一体设计传统的宽带时域数字波束形成多采用多相分解滤波器的结构，对通道校准滤波器和时延滤波器独立设计，通过滤波器级联的方式硬件实现，导致乘加滤波资源消耗过大，宽带波束形成个数较少，工程化使用受限㊂如果将时域信号变换至频域处理，可在ＤＳＰ处理器中，对校准系数与合成系数首先进行时域卷积运算，达到校准系数与合成系数一体设计的效果，再转化成频域系数进行乘加运算后转换为时域数据，通过这样的转化运算能有效降低ＦＰＧＡ内乘法器资源消耗，提升波束形成个数，工程化优势明显㊂３．４㊀提升波束扫描连续性传统的数字波束合成采用延时滤波器实现，在ＦＰＧＡ中通过对ＦＩＲ滤波器在线配置实现㊂当波束指向发生变化时，需要实时对时延滤波器系数进行加载更新和复位，在更新系数时，输出的ＤＢＦ存在时间上间断现象，影响对目标信号侦察控守㊂频域处理时，合成系数是按块运算的，只要提前将指向系数写入ＦＰＧＡ缓存内，在ＦＰＧＡ的时序控制下，将系数写入波束合成模块，在不复位电路的情况下，对波束指向进行 捷变 ，切换速率为ＦＰＧＡ内部一个时钟周期㊂３．５㊀频率指向一致性验证为了验证瞬时带宽内ＤＢＦ后各频率指向一致性，５００ＭＨｚ内产生２６个等间隔２０ＭＨｚ的单音信号进行仿真，在３０ʎ指向时，得到各频率的波束图㊂由图６可以看出，所有频率分量的单音信号都指向了３０ʎ，没有其他方向的波束峰值出现，从而验证了宽带下各频率指向一致性㊂图６㊀多音信号波束指向仿真Ｆｉｇ．６㊀Ｂｅａｍｐｏｉｎｔｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｔｏｎｅｓｉｇｎａｌ３．６㊀合成增益验证为了验证波束合成效果，采用专用信号发生器输出多个单音信号，通过功分配器输出至波束合成接收机各中频输入㊂通过ＦＰＧＡ校准合成处理，将单路采样数据与频域合成后数据存储后导入至Ｍａｔｌａｂ中计算幅度谱，覆盖频率范围从１５０６５０ＭＨｚ，分别如图７与图８所示㊂图７㊀宽带波束合成前频谱Ｆｉｇ．７㊀ＳｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓｂｅｆｏｒｅｗｉｄｅｂａｎｄＤＢＦ图８㊀宽带波束合成后频谱Ｆｉｇ．８㊀ＳｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓａｆｔｅｒｗｉｄｅｂａｎｄＤＢＦ由图７与图８不难看出，经过宽带数字波束形成处理后，信号幅度不变，但宽带内噪底显著降低，信噪比得到明显提升㊂通过数据统计，合成增益约１３ｄＢ，与理论值１３．８ｄＢ接近，从而验证了该处理方法的可行性与有效性，为数字化宽带阵列校准合成处理的工程实现进行了技术储备㊂３．７㊀ＦＰＧＡ处理资源统计在Ｖｉｖａｄｏ１７．４环境下，对ＸＣ７ＶＸ６９０Ｔ芯片综合布线后资源使用情况进行了统计，单片ＦＰＧＡ实现两通道１６００Ｍｓａｍｐｌｅ／ｓ实采样数据接收，形成３个独立５００ＭＨｚ宽带波束输出，资源占用如表１所示㊂表１㊀ＦＰＧＡ中资源消耗Ｔａｂ．１㊀ＲｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｎＦＰＧＡｃｈｉｐＦＰＧＡ型号ＸＣ７ＶＸ６９０Ｔ８０ＦＰＧＡ总资源数量资源消耗数量资源消耗占比／％逻辑资源８６６４００４１４８４３４７．９存储资源１４７０４３２２９．４乘法器资源３６００１８７２５２ＦＰＧＡ中主要资源有３种：逻辑资源㊁存储资源和乘法器资源㊂由表１可知，３个宽带５００ＭＨｚ的波束形成功能在ＦＰＧＡ中片内资源消耗占比分别为４７．９％㊁２９．４％和５２％㊂ＦＰＧＡ程序运行在１６０ＭＨｚ处理时钟下，波束合成功能运行稳定可靠㊂４㊀结束语本文介绍了数字波束形成原理与超宽带数字波束形成技术的实现过程，重点描述了采用频域合成技术实现超宽带多通道校准与波束形成的处理过程，并结合ＦＰＧＡ特性进行了硬件实现，验证了频域合成技术对超宽带数字波束形成的有效性㊂当前对相控阵系统探测距离要求的提升，促使相控阵天线阵面尺寸日益增大，阵元数量也对应增长，越发凸显功耗与成本给阵列技术工程化造成的瓶颈㊂随着半导体工艺的飞速发展，采用ＳＩＰ微封装，低功耗集成化ＡＳＩＣ芯片设计的数字Ｔ／Ｒ组件［１０］技术受到阵列信号处理领域广泛重视，其中资源消耗较大，功能可固化的处理模块采用ＡＳＩＣ流片，以达到低功耗与低成本预期㊂ＦＰＧＡ设计作为ＡＳＩＣ流片设计前期的原型验证手段，起到了缩短芯片设计周期以及优化芯片实现结构的作用，是专用集成芯片开发过程中不可或缺的技术验证环节㊂参考文献［１］㊀李陶．宽带数字阵列雷达关键技术研究［Ｄ］．成都：电子科技大学，２０１７．［２］㊀解静．基于数字滤波器组的宽带数字阵列干扰技术［Ｊ］．无线电通信技术，２０１４，４０（５）：６－７．［３］㊀何细建．宽带数字波束形成算法研究［Ｄ］．西安：西安电子科技大学，２０１５．［４］㊀杜仲林．超宽带阵列波束形成新方法研究［Ｄ］．南京：南京大学，２０１６．［５］㊀贾艳红．宽带数字阵实时延迟技术［Ｄ］．成都：电子科技大学，２０１０．［６］㊀刘丽格．宽带高速阵列接收处理技术的研究与实现［Ｄ］．西安：西安电子科技大学，２０１１．［７］㊀林振江．宽带数字接收机中小数倍数实时采样率变换算法及ＦＰＧＡ实现技术研究［Ｄ］．南京：东南大学，２０１５．［８］㊀高晖，邓晔，张金平，等．微波光子相控阵的技术分析与展望［Ｊ］．雷达学报，２０１９，８（２）：２５１－２５３．［９］㊀赵拥军，陈辉，刘成城，等．宽带波束形成结构及算法研究［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０１４，２８（７）：６８８－６８９．［１０］李玮．宽带数字Ｔ／Ｒ组件接收通道关键技术研究［Ｄ］．成都：电子科技大学，２００９．作者简介：㊀㊀顾明超㊀硕士，高级工程师㊂主要研究方向：阵列信号处理㊁数字信号处理的ＦＰＧＡ实现㊂㊀㊀李春晓㊀硕士，高级工程师㊂主要研究方向：阵列信号处理㊁数字信号处理的ＦＰＧＡ实现㊂㊀㊀边㊀疆㊀硕士，工程师㊂主要研究方向：阵列信号处理㊁无线电测向技术仿真㊂㊀㊀张汉卿㊀硕士，工程师㊂主要研究方向：数字信号处理的ＤＳＰ实现㊂。
多波束天线通道幅相一致性校正及实现
多波束天线通道幅相一致性校正及实现朱丽龚文斌杨根庆（中科院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050）摘要：本文针对多波束天线接收机的通道幅相一致性校正，提出了一种基于自适应算法的校正方法并在FPGA 中实现了该方法。
在满足系统要求的前提下，该方法不但实现起来相对容易，而且算法的精度和动态范围也有一定的保证。
仿真和试验结果表明，该方法是可行的。
关键词：多波束天线，通道失衡，幅相误差，最小均方误差，校正1．引言随着人们对卫星通信要求的不断提高，卫星通信技术得到了很大的发展。
其中，卫星多波束天线目前己成为提高卫星通信性能、降低系统成本的一项关键性技术。
多通道接收机是DBF 天线系统中信号的必经之路，正是这种多接收通道的结构，使DBF 天线系统增加了幅度和相位误差的潜在来源。
与多个天线阵列相连接的多个接收机通道必须要有很高的一致性，否则通道间的失配将严重影响数字波束系统的性能。
对多通道间误差的校正正是星载数字多波束天线的关键技术之一。
由于目前国内对星载DBF 天线的研究还处于初级阶段，所以需要更多的借鉴智能天线、自适应天线和雷达等领域已有的研究成果。
本文主要针对基于卫星应用的两维阵列DBF 天线系统，采用目前最常用的LMS 算法设计并在FPGA 中实现了对其前端射频多通道接收机的幅相校正系统，最后给出了测试结果。
测试结果表明，这种采用定点数制的LMS 算法对系统的幅相误差具有较好的校正性能。
2．数字多波束天线的幅相校正原理数字多波束天线的组成如图1所示。
前端天线阵是由多个天线单元组成两维阵列，阵元接收的信号经射频前端电路、A/ D 转换电路、数字下变频器后送入数字波束形成器处理。
[2][1]设计一个六边形排列的7单元天线阵，A/D后端的数字下变频器和波束形成器均采用FPGA 实现。
天线阵接收到的信号首先通过射频通道混频后得到中频信号，再将此模拟中频信号经过ADC 后得到数字中频信号，然后送入DDC 进行下变频；下变频后，每路信号分为正交的I、Q 两路，这些正交的信号再送入波束成形器中进行波束成形，最后的输出即为合成的波束。
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数字波束形成系统多通道幅相校正方法及应用
数字波束形成（Digital Beamforming,DBF）是检测、传输、接收和处理电波信号的
一种高效、可靠的先进技术，它能够改善微波无线通信系统的性能。
数字波束形成技术可
以有效地传输多通道幅相关信号，使用该技术可以提高微波无线通信系统的性能。
本文首
先介绍了数字波束形成的原理和应用，然后介绍了多通道幅相校正（Multi-Channel
Phase Calibration，MPC）的原理，以及它在数字波束形成系统中的应用。
数字波束形成技术包括波束形成本身和传输信号处理环节。
波束形成本身涉及到微波
发射天线的数字信号处理，要求收发信号之间的相位和幅度的一致性。
传输信号处理主要
是涉及到把每个通道的幅度和相位进行匹配。
数字波束形成技术可以用来消除信号拥塞、
提高信号强度与抗扰性、优化波束形成等效果。
多通道幅相校正（MPC）是用于微波无线通信系统中波束形成精度校正的一种方法，
它对宽带信号进行幅相校正，目的是有效地提高波束形成系统的性能。
MPC技术主要利用
相位反馈来实现对每个信号通道的幅度和相位校准，以确保探测到相同水平下的信号强度、抗扰性和波束形成效率。
MPC技术在数字波束形成系统中的应用可大大提高系统的性能，这些应用包括信号的
增强，信号的质量改善，副本抑制，距离估计，目标检测和定位，以及恢复信号的能力。
在微波无线通信系统中，MPC技术可以帮助系统达到最优性能，使系统电平提高，增加可
靠性，准确度和灵活性。
因此，多通道幅相校正技术在数字波束形成系统中已成为了一种重要的应用。
它能够
有效地调整微波无线通信系统的波束形成精度，可以大大提高系统的性能，从而获得更好
的波束形成效果。