数字波束形成中的接收通道校正技术研究

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1、数字波束形成中的接收通道校正技术研究星星电子网  2009-2-16      阅读：198次【字体：大中小】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

2、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

3、，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

4、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。然而，由于两个本振信号的正交误差和两支路特性的不一致，可以用两支路的增益不同，相位不正交和有不同的直流偏移来表示。若采用图1所示的中频直接采样相位检波器，则可以在较大程度上避免产生I／O支路的正交误差。基于上述说明，我们知道了通道之间特性的不一致对于阵列信号处理系统的性能影响非常大。一般地，不一致性表现在正交误差，通道之间由于种种原因造成的误差等

5、等。前一种可以通过图1所示采样通道解决问题，而通道之间的误差只能通过均衡技术来解决。2.2通道均衡的原理及其算法从上文可以看出，通道失配对于阵列信号处理系统的性能影响十分严重，必须对其进行补偿。传统的单频信号法只能在通道的某一频率点上进行补偿，而不能在通道的整个频带内进行补偿，因此是不完善的。假设有两个通道，设他们的频率响应分别为H1(jw)和H2(jw)，则有 对于多通道处理器，可以选择一个通带内最为平坦，畸变最小的通道作为参考通道，其余各个通道与他作比较，以取得一致的、具有良好滤波特性的频率传递函数。这样处理，需要一个比较选

6、择的过程。也可以简单地以任意一个通道作为参考，在其他各个通道中插入均衡器，使得其他所有通道与参考通道相一致。均衡器可以选用具有一定幅、相频率特性的FIR滤波器，这样N个通道需要N-1个均衡器。这样做仅仅保证了各个通道频率特性相一致，但是每一个通道不一定具有良好的滤波特性。因此，也可以采用另一种方案，以理想的中频滤波器特性作为"参考"，所有通道中全部加入均衡器，使得所有的通道的频率特性尽可能地接近理想状态。这样做同样也有缺点，由于作为"参考"的不是实际通道，因此假若输入信号有非线性误差，就不可避免地引入到均衡过程中。不论何种方案，

7、其均衡原理是相同的，下面介绍通道均衡的基本原理。假定共有K个通道以及参考通道，设参考通道的频率响应为Tref(jw)，其余通道的频率响应为Ti(jw)，(i=1，…，k)，插入通道之后的滤波器的频率响应为Hi(jw)，(i=1，…，k)，均衡器为N阶FIR滤波器，抽头时延设为△，则有：一般来说，要准确实现Hi(jw)，需要无限多抽头数。然而均衡的精度也与权值精度有密切的关系。利用数字电路实现均衡时，有量化误差。抽头愈多，各个抽头调节误差积累起来，可能反而影响调节精度。因此，抽头数通常是有限的，即存在一个最佳抽头数值。由上面的叙述

8、可以知道，要对通道进行均衡也就是在通道之后串接滤波器，只要确定滤波器的阶数，系数向量就可以利用数字器件实现。3通道均衡的工程实现3.1通道均衡的工程实现方法及实例实际工程应用中，要求DBF处理采用多个接收通道，各个通道之间的相位一致性和通道本身的平稳性是DBF实