DBF通道相位校正的工程實(shí)現(xiàn)方法

摘要：數(shù)字波束合成（DBF，Digital Beam Forming）的關(guān)鍵技術(shù)之一是通道相位校正，校正精度直接影響波束合成的效果。文章介紹了波束合成基本原理，給出了一種通道相位校正的工作實(shí)現(xiàn)方法，并對該方法進(jìn)行了MATLAB仿真，分析其性能。該方法已在硬件中得到實(shí)現(xiàn)，具有一定的參考價(jià)值。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/269820.htm

關(guān)鍵字：數(shù)字波束合成；通道相位校正；CORDIC算法；MATLAB仿真

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2015.2.013

程翔（1980-），男，碩士，研究方向：電子對抗裝備。

引言

DBF技術(shù)是在模擬波束形成原理的基礎(chǔ)上，引入數(shù)字信號處理方法之后建立的一門雷達(dá)新技術(shù)。DBF可以獲得優(yōu)良的波束性能，可以自適應(yīng)地形成波束實(shí)現(xiàn)空域抗干擾，可以進(jìn)行非線性處理改善角分辨率，還可以同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立可控的波束而不損失信噪比，且天線具有較好的自校正和低副瓣性能。而且相比傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)，DBF在數(shù)字部分處理保留了所有天線陣元信號信息，可以通過數(shù)字信號處理的方法獲得優(yōu)良的性能。

數(shù)字波束合成是對各天線陣元信號進(jìn)行相位補(bǔ)償并加權(quán)，所以接收通道相位一致性是DBF性能的重要影響因素。本文介紹了通道均衡的原理和算法以及工程實(shí)現(xiàn)方法，并給出一則工程實(shí)現(xiàn)接收通道校正技術(shù)的實(shí)例。此算法已在工程中得到應(yīng)用。

1 波束合成的基本原理

DBF的原理示意圖如圖1。

所以波束合成公式如下：

2 一種工程上可實(shí)現(xiàn)的方法

實(shí)際應(yīng)用中，要求DBF處理采用多個(gè)接收通道，各個(gè)通道之間的相位一致性和通道本身的平穩(wěn)性是DBF實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2，系統(tǒng)中有四個(gè)通道。

校正部分如圖2虛線框中所示，包含相位測量模塊，相位校正因子生成模塊以及相位校正模塊。工作過程為：在系統(tǒng)剛開始工作時(shí)，從微波前端接入自檢信號，設(shè)置相位校正使能為有效。經(jīng)過一小段時(shí)間后系統(tǒng)將各通道之間的相位差保存下來，作為接下來實(shí)際工作時(shí)通道相位校正的依據(jù)。

相位測量模塊采用CORDIC算法，先求得4路正交變換后的復(fù)信號的相位并進(jìn)一步求得相對第1通道的相位差，為使結(jié)果更穩(wěn)定，取多個(gè)結(jié)果的均值。

CORDIC的實(shí)現(xiàn)方法分為迭代結(jié)構(gòu)和流水線結(jié)構(gòu)。為了提高速度，在本應(yīng)用中采用流水線結(jié)構(gòu)。流水線級數(shù)越多，精度越高，所用資源也越多。在本應(yīng)用中采用7級流水線結(jié)構(gòu)，誤差小于1°，其誤差仿真結(jié)果如圖3所示。

相位校正因子生成模塊采用查表法：-180°～180°按等間距取256個(gè)角度，并求得其正余弦值，各量化為8Bit數(shù)據(jù)，存到深度為256的ROM中。當(dāng)測得相位差均值后，便可直接在表中查到其對應(yīng)的相位補(bǔ)償值。

相位校正模塊將得到的相位校正因子與相應(yīng)通道的數(shù)據(jù)相乘，從而使相位偏差得到校正。

3 仿真結(jié)果

仿真分析：如圖5及圖6，經(jīng)過相位校正后，4通道相位基本一致，最終波束合成方向圖指向與預(yù)期指向一致：而未進(jìn)行通道相位校正進(jìn)行的波束合成，波束指向存在偏差，波束合成的增益與相位校正后的波束合成增益相比稍小一些，而且副瓣稍大。

4 結(jié)語

本文介紹了數(shù)字波束合成的基本原理、工程實(shí)現(xiàn)方法以及仿真結(jié)果。該方法已在硬件平臺中得到應(yīng)用，具有一定的的參考價(jià)值。但本方法也存在只適用于窄帶系統(tǒng)的局限性，如果要在寬帶系統(tǒng)中應(yīng)用還需進(jìn)一步探討更有效的方法。