宽带数字阵数字时延及移相技术研究

论文摘要

宽带数字阵列雷达是采用宽带信号波形而且发射和接收都使用数字波束形成技术的全数字化阵列天线雷达。对于宽带数字阵雷达,传统的波束形成方法会导致天线波束指向不准和主瓣展宽,为此需要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元。为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,可以引入分数时延滤波器。本论文详细研究了分数时延滤波器用于宽带数字波束形成的问题。本文首先通过对一种分数时延滤波器设计方法及宽带数字阵波束形成原理的分析,设计了针对有载波宽带雷达信号的数字波束形成结构。接着本文介绍了三种分数时延滤波器的设计算法:加窗法、最大平坦准则和Farrow结构。本文中比较了三种分数时延滤波器设计方法的性能,结果表明:分数时延滤波器的时延性能与前端采样率、滤波器阶数和系数量化位数有关,文中给出了详细的结果。本文还分析了三种设计方法应用于宽带数字阵雷达时对系统性能的影响,仿真表明当分数时延滤波器的线性时延带宽满足系统需求时,宽带数字阵列雷达可以获得较好的波束形成效果和脉冲压缩性能。最后,本文中讨论了采用分数时延滤波器实现宽带数字波束形成时,子阵时延单元移相方法和有限字长效应对系统性能的影响。结果表明:当选择合理的子阵数时,采用子阵时延单元移相技术可以在保证雷达波束形成效果和脉冲压缩性能的基础上降低雷达实现的复杂度和雷达的成本。当选取适当的量化位数时,滤波器系数量化、数字移相幅度量化和输入AD量化的量化误差均可以忽略不计。另外,本文还给出了两种分数时延滤波器的高效实现结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 宽带数字阵雷达的概念
• 1.1.1 数字阵列雷达的概念及特点
• 1.1.2 数字阵列雷达的宽带化
• 1.2 国内外相关技术研究动态
• 1.2.1 数字阵雷达的研究进展
• 1.2.2 宽带数字波束形成技术的发展现状
• 1.3 本论文研究内容及章节安排
• 第二章 宽带数字阵波束形成基本原理
• 2.1 相控阵基本原理
• 2.2 宽带数字波束形成
• 2.3 数字时延方案的选择
• 2.3.1 利用数字延迟芯片实现时延
• 2.3.2 利用频域相位加权实现时延
• 2.3.3 利用分数时延滤波器实现时延
• 2.4 基于分数时延滤波器的数字波束形成结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 分数时延滤波器设计及其对系统性能的影响
• 3.1 分数时延滤波器的原理
• 3.2 分数时延滤波器设计方法
• 3.2.1 加窗法
• 3.2.2 最大平坦准则逼近
• 3.2.3 Farrow 结构
• 3.3 分数时延滤波器性能分析
• 3.3.1 加窗法性能分析
• 3.3.2 最大平坦准则性能分析
• 3.3.3 Farrow 结构的性能分析
• 3.3.4 三种方法的对比分析
• 3.4 分数时延滤波器对系统性能的影响
• 3.4.1 分数时延滤波器对雷达方向图的影响
• 3.4.2 分数时延滤波器对脉冲压缩的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 分数时延滤波器用于宽带数字阵的实现考虑
• 4.1 宽带数字阵子阵划分原理
• 4.2 子阵数变化对宽带数字阵系统性能的影响
• 4.2.1 子阵数变化对阵列方向图的影响
• 4.2.2 子阵数变化对阵列脉冲压缩的影响
• 4.3 宽带数字阵中的有限字长效应
• 4.3.1 分数时延滤波器的系数量化效应
• 4.3.2 A/D 变换的量化效应
• 4.3.3 数字移相的有限字长效应
• 4.4 有限字长效应对宽带数字阵性能的影响
• 4.5 分数时延滤波器的两种高效实现方式
• 4.6 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间研究成果