宽带宽角雷达数字波束合成

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1、宽带宽角雷达数字波束合成姓名：张贵学号：02083042班级：020831院系：电子工程学院摘要合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar，简称SAR）是是一种运用最广的雷达成像技术。而雷达成像技术是上个世纪50年代发展起来的，它是雷达发展的一个重要里程碑。从此，雷达不仅仅是将所观测的对象视为“点”目标，来测定它的位置与运动参数，而是能获得目标和场景的图像。同时，由于雷达具有全天候、全天时、远距离和宽广观测带，以及易于从固定背景中区分运动目标的能力，雷达成像技术受到广泛重视。利用SAR成像，最主要的就是要利用SAR的高分辨

2、力。SAR的高分辨，在径向距离上依靠宽带带信号，几百兆赫的频带可将距离分辨单元缩小到亚米级。本文主要是针对雷达发射宽带信号的数字波束合成做仿真。通过认真学习了LFM信号的PC（脉压）处理，以及（DBF）数字波束合成技术。本文采用了多种方案对LFM信号作DBF。第一种应用了模拟延时单元，第二种方法是利用子阵并结合DDS进行宽带信号的DBF，第三种方法是对于第二种方法的改进，主要运用了加权宽带的DBF，第四种方法利用了数字延时线，第五种方法是仅有数字延时和移相器的宽带信号DBF。从第一种到第五种方法是逐步优化的过程。到第五种方法，已经可以对任

3、意发射的宽带波形进行DBF处理。声明本文的主要参考文献是《宽带宽角数字阵列雷达发射波束形成》，作者：曹运合，刘峥，张守宏。文中所有的方法都来自于该论文。本文的形成主要是对于该论文技术的研究以及自己的实际MATLAB仿真。从大的SAR成像的信号形式上入手，最终想到了本文的研究主题。由于能力有限，所以只能作初步的学习和仿真。MATLAB程序是自己独立完成，并且是完全根据自己对参考文献的理解写成，难免有思路上的误解。一、应用模拟延时单元的子阵发射波束形成与接收阵列一样,发射阵列同样采用划分子阵来降低阵列的复杂度和成本。假设考虑一个等距离线阵,阵

4、元间距为d,阵元数为N,把阵列均匀分为M个子阵,每个子阵含有L个单元,即N=ML。各子阵配置一个时间延迟单元(TDU),子阵内各单元均有一个移相器。天线阵列工作时,对于发射波束,发射机功放后将信号分成M路,经M个TDU不同延时后,再送给位于T/R组件的各单元的移相器进行移相,从而形成某一方向的波束,将信号馈送给阵列各天线单元,向空间辐射出去。这样就可以节省很多昂贵的模拟延时单元。应用模拟延时单元的子阵发射波束形成方法实现框图如图1所示。图1中S(nTs)为数字化的宽带信号基带波形,需要上变频后发射出去,即可完成宽带发射波束形成。时延和相移

5、的实际值不可能精确达到前面公式的计算值,均存在着量化误差,而量化误差会引起阵列增益降低及信号分辨率下降。模拟延时单元价格昂贵、体积较大、温度稳定性较差,高的温度稳定性的模拟时延单元会增加了成本、体积和重量。所以有必要研究数字方法来实现宽带相控阵波束形成。一、每个子阵应用DDS的宽带发射波束合成技术随着高速大规模集成电路技术的发展,近年来出现了DDS技术。作为新一代数字频率合成技术,发展迅速,并体现出很大的优越性,已经在军事和民用领域得到了广泛应用,例如在雷达领域的捷变频雷达、有源相控阵雷达及低截获概率雷达等方面。DDS采用了不同于传统频率

6、合成方法的全数字结构,通过控制电路对DDS输出波形的频率、幅度和相位进行精确的控制,因而具有许多先进的优点,例如极高的频率分辨率、极短的频率变化时间、高的稳定性,还可灵活产生多种信号等。用DDS技术产生线性调频信号及其他复杂波形信号的技术日益受到重视,并得到了广泛的应用。每个子阵上含有一个波形产生器(例如DDS)来完成宽带发射波束形成较为简单,DDS产生线性调频信号,并且可以数字控制它的起始频率、初始相位、开始时间和调频斜率等,来达到阵列导向要求的信号波形。下面介绍第m个DDS是如何实现延时的。标准的线性调频信号可以写为式中,rect(?

7、)为矩形窗,可表示为为使阵列导向0方向,在第m个子阵发射出去的线性调频信号为对把产生的信号数字延时，数字延时线只能把产生的信号波形延时证书个采样周期，令（k为整数），。考虑到数字信号源应该产生在基带上，经数字延时后的信号为：第二步对延时后的信号作频率和相位补偿，比较式（5）和（6）可以得出，需要补偿的相位，频率。此时经上变频后，上式为：注意到，所以非常接近，可以很好的实现宽带发射波束导向方向。实现框图如图2所示，是的第m个子阵波形的起始时刻为，初始相位，开始频率为即可。一、加权宽带发射波束合成技术如果，基本上可以忽略（5）式中的矩形窗延时

8、，则公式改写为：令第m个子阵的时变权为：即可完成数字宽带发射数字形成，见下图3所示：二、应用数字延时线的宽带发射波束形成若（9）式比较大，或者尽可能的不损失阵列发射增益，此时可以采用数字延时线