
表1 FIR濾波器的幅頻響應(yīng)特性和群延時特性
根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)采樣時鐘和信號帶寬要求,可以確定最小FIR濾波器階數(shù)。
寬帶數(shù)字陣?yán)走_(dá)進(jìn)行寬角度掃描時,需要對各陣元信號的復(fù)包絡(luò)信號進(jìn)行精確時延補償,同時進(jìn)行傳統(tǒng)的移相處理使各陣元數(shù)字信號能夠在時間上對齊,從而實現(xiàn)各陣元信號同相相加,使陣列在期望方向上達(dá)到最佳的能量增益。
基于分?jǐn)?shù)階時延濾波的寬帶DBF處理流程如圖1所示。

圖1 基于分?jǐn)?shù)階時延濾波的寬帶DBF處理流程
2 實驗與分析
本論文仿真S頻段200MHz瞬時帶寬下的寬帶延時補償性能,采樣時鐘為480MHz,AD數(shù)據(jù)通過下采樣將I和Q通道降為240MHz數(shù)據(jù)率,陣面數(shù)目為96列×16行,單元間距為0.04m。根據(jù)FIR的幅頻響應(yīng)特性,選擇32階FIR濾波器進(jìn)行分?jǐn)?shù)階延時,寬帶數(shù)字陣掃描角設(shè)置為方位30°,俯仰0°。
2.1寬角掃描色散仿真
從仿真結(jié)果看,進(jìn)行孔徑渡越補償前,200MHz瞬時帶寬內(nèi)各點頻的波束指向存在色散,其中3.2GHz和3.4GHz頻點相對于3.3GHz的中心頻點波束指向偏差約1.2°,合成方向圖后雙程增益損失約1.8dB。

圖2 孔徑渡越補償前各點頻方向圖
2.2上行鏈路延時補償仿真
對于線性調(diào)頻信號,上行鏈路的孔徑渡越補償可以通過移頻移相的方法實現(xiàn),仿真處理前后曲線如圖3和圖4所示。

圖3 未進(jìn)行孔徑渡越處理的兩路線性調(diào)頻信號

圖4 進(jìn)行孔徑渡越處理后的兩種線性調(diào)頻信號
從上面兩圖可以看出,未進(jìn)行移頻移相處理的兩路LFM波形、起始和終止頻率完全相同,唯一的差別是由于孔徑渡越引起的發(fā)射信號存在一定的時延差,時延差會導(dǎo)致各單元的發(fā)射信號無法同頻點形成波束。
移頻移相處理后的兩路信號起始和終止頻率不同,但同一時刻各單元的信號頻點相同。因此,雖然在孔徑渡越時間內(nèi)由于時間延時發(fā)射能量存在一定的損失,但發(fā)射波束可以有效形成,按照本論文的參數(shù)相掃60°時,其損失的能量比例不超過0.05%,對威力基本無影響。2.3下行鏈路延時補償仿真
下行鏈路采用整數(shù)延時和分?jǐn)?shù)階延時相結(jié)合的方法,將每個單元需要延時的延時除以AD采樣時鐘,整數(shù)部分通過AD數(shù)據(jù)移動采樣節(jié)拍來實現(xiàn),而分?jǐn)?shù)部分通過32階FIR濾波器延時實現(xiàn)。

圖5 寬帶數(shù)字陣下行鏈路延時后200 MHz帶寬內(nèi)各點頻方向圖
從實驗結(jié)果來看,通過整數(shù)階和分?jǐn)?shù)階延時后,各點頻在方位掃描角30°主波束已無色散,增益不損失。
3 結(jié)束語
寬帶數(shù)子陣?yán)走_(dá)進(jìn)行寬角度掃描時存在孔徑渡越現(xiàn)象,本文針對LFM寬帶信號的渡越時間補償問題,上行鏈路采用了移頻移相的方法,下行鏈路采用整數(shù)延時與分?jǐn)?shù)階延時相結(jié)合的方法,有效補償了單元間的延時差,消除了波束形成的色散和增益損失,為寬帶數(shù)字陣的工程研制提供了依據(jù)。
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朱張勤男,1982年生,博士,高級工程師。研究方向為雷達(dá)電訊總體技術(shù)。
鄭萬青男,1981年生,碩士,高級工程師。研究方向為雷達(dá)電訊總體技術(shù)與技術(shù)管理。
Time-delayTechnologyforBroadbandDigitalArrayRadar
ZHUZhangqin,ZHENGWanqing
(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)
Tosolvetheaperturefilltimecausedbywideanglescanningofbroadbanddigitalarrayradar,themethodofdigitaltime-delaycompensationwasproposedforthetransmitandreceivingchaintothebroadbandline-frequencymodulation(LFM)signal.Themethodcanincreasethebeamformationqualityandreducethearraygainlosing.Byusingthedigitaltime-delaycompensation,thedelaylinecanbesubstitutedbydigitalchip,whichcansimplifythebroadbanddigitarraysystem.Inthispaper,thecompensationvalueoffrequencyandphaseisfiguredandtheresponsecharacteristicsofFRIfilterisanalyzed.Then,compensationaffectionoftransmitandreceivingchainissimulated.
broadbanddigitalarray;aperturefilltime;time-delaycompensation
朱張勤Email:zzqin@mail.ustc.edu.cn
2016-01-18
2016-03-20
TN957
A
1004-7859(2016)06-0027-03
·信號處理·DOI:10.16592/j.cnki.1004-7859.2016.06.007