寬帶數(shù)字陣列波束形成系統(tǒng)*

陳 贊，胥 桓，胡宗愷

（中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

寬帶數(shù)字陣列因具有瞬時多波束形成、抗干擾能力強等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用在雷達、通信等領(lǐng)域。數(shù)字波束形成（Digital Beam Forming，DBF）作為一種空域濾波技術(shù)，解決了傳統(tǒng)體制下瞬時寬空域覆蓋和高增益接收的矛盾，可以大幅提高系統(tǒng)作用距離，并且可同時對寬空域范圍內(nèi)的目標(biāo)信號進行高靈敏度接收與測向。

然而，陣列通道數(shù)量多、高速數(shù)字中頻的傳輸與同步困難、通道一致性校正復(fù)雜、數(shù)據(jù)計算資源消耗大等問題，一直是阻礙寬帶數(shù)字波束形成技術(shù)工程應(yīng)用的主要技術(shù)難題。帶寬達到幾百兆的寬帶數(shù)字波束形成系統(tǒng)大都采用高速光纖進行高速中頻數(shù)據(jù)傳輸，并利用高性能現(xiàn)場可編程門陣列（Field Program Gate Array，F(xiàn)PGA）進行高速寬帶中頻信號處理。但隨著陣列天線單元及波束數(shù)量越來越多、數(shù)字中頻路數(shù)越來越多、硬件資源需求量越來越大，如何在達到系統(tǒng)指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)化系統(tǒng)硬件資源，已成為工程實現(xiàn)難題[1,2]。

本文設(shè)計的基于可變分?jǐn)?shù)延時的寬帶數(shù)字陣列波束形成系統(tǒng)，中頻數(shù)據(jù)帶寬最大可達240 MHz，單模塊可實現(xiàn)32路240 MHz帶寬的數(shù)字中頻信號，同時形成8路寬帶數(shù)字波束，通過多模塊重組可靈活形成不同規(guī)模的寬帶數(shù)字波束形成系統(tǒng)。

1 基于可變延時的寬帶DBF方法

若采用傳統(tǒng)窄帶波束形成技術(shù)對寬帶信號進行合成，會因孔徑渡越問題引起波束指向偏移、掃描不準(zhǔn)、有效分辨率減低[3]，甚至，當(dāng)工作頻率超出一定值后，波束指向偏移會完全超出掃描范圍，使系統(tǒng)無法正常工作。……