时域延时和频域聚焦宽带数字波束形成技术研究与实现文献综述

 2022-11-08 15:04:34

文 献 综 述

1.数字波束形成原理

当直线阵中各阵元为理想的各向同性的点源时,它的阵列方向图就是阵因子F(theta;),

式中称为幅相权重,为接收时的情况。

我们知道:阵列天线方向图=阵元方向图*阵因子,当阵元方向图、阵元数N、阵元间隔d一定,改变权重系数Vn的幅度和相位就可以改变阵列天线方向图的指向及形状。

每个阵元的权重系数的设定早期通过模拟实现,这就是模拟波束形成。只是这样的幅相权重是通过“模拟电路”实现的,这样的硬件电路一经设定,它的参数不能轻易改变,灵活性差,成本较高。

在实际的系统中,人们常希望通过电控方式使天线的波束宽度在空间扫描。于是联想到相控阵天线:如果一个天线只改变权重系数的相位,而权重系数的幅度保持不变。上图即为相控阵线阵扫描原理图,用电控方式改变各阵元权重的相位,以改变波束的指向,实现主瓣在空间的扫描。同时多波束需要多波束波束形成网络,这便引入下述问题:波束可控的多波束波束形成网络难以实现;波束增加,独立波束所对应的通道的信噪比下降。数字波束形成可以解决上述问题。

数字波束形成(DBF)是一种以数字方式来实现波束形成的技术,它的很多优点是模拟波束形成不具备的:1.大的动态范围;2.易实现相控阵的宽带宽角扫描;3.低损耗,低副瓣;4.容易实现多波束;5.低角测高精度高。此外,波束形成网络通过编程可在计算机或DSP中实现;系统的灵活性大大增强,使人们可以通过优化权重系数来优化系统性能,实现自适应波束形成,而且信噪比不会下降。

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