早在20世纪60年代,利用数字处理技术来实现波束形成就曾被投入研究。按照波束产生原理,在发射端和接收端下都能完成数字波束形成,但通常情况下在接收端下更能体现它的优点,也更容易被实现。所以,起初的工作主要集中在接收端的数字波束形成,并且应用在雷达和声纳领域。随着数字化战争对雷达性能不断的高要求以及数字处理技术的逐渐完善,数字阵列雷达开始成为人们的研究对象。90年代以后,对各种数字阵列雷达的研究更加广泛且深入,这些研究,为数字阵列雷达的研究进入实用阶段奠定了坚实的基础。 81370

    数字阵列雷达在接收端和发射端下均采用数字方式来形成波束,使得射频信号的功率被自由地分配与接收,并使收发波束的特性更加优良,从而使雷达系统的多项性能得到提升,是雷达系统未来主要发展趋势之一[3]。20世纪80年代以来,因为数字化集成电路技术的逐渐发展以及人们对数字波束形成方法的不断深入研究,使得阵列雷达的数字化程度不断提高并且各种先进阵列信号处理技术也被投入研究。不同于传统相控阵雷达在射频端实现波束形成,DBF 是利用数字处理技术在数字端进行处理,具有低功耗、高稳定和高精度等特点[4]。

数字波束形成技术能够利用天线接收的空间信息, 通过数字处理技术来实现波束超分辨率和较低的副瓣, 并且能够完成波束扫描、目标跟踪以及空域干扰源的零陷, 因此数字波束形成技术在天线信号处理、声呐信号处理以及信息对抗系统中都有很广泛的应用[5]。数字波束形成是把天线的输出进行模数采样数字化后再传输到数字波束产生设备的处理单元,实现对各个输出信号的复加权处理,就能够产生波束信号[6]。只要在短时间内实现信号处理, 就能够形成指向不同方向的波束。论文网

在数字阵列雷达中,通常利用直接数字频率合成(Direct Digital Synthesizer, DDS)技术来实现雷达波形的产生以及发射波束的控制[7]。基于直接数字频率合成技术的数字波束形成系统不仅能够形成各种所需的雷达波形,还可以在数字端对天线阵列自由地进行幅相加权,完成发射波束的精确控制,从而完成雷达波形输出、波形控制与幅相加权的整体设计。而多通道中频信号的数字化也越来越广泛地被应用于通信等领域,FPGA与高速DAC相结合使得用户能够自由地更新波形参数,从而完成任意波形的输出[8]。多通道中频信号的产生与实现技术是数字阵列雷达发射数字波束形成的核心技术之一[9]。将完善的DDS中频信号产生技术应用于相控阵雷达中,以其为核心构成数字化阵列组件,通过其自由的频率和方便的相位波形产生,能够对每个单元输出的中频信号实现准确相移、幅度加权以及频率控制[10]。

目前天线等领域在发射多波束形成技术方面已经表现的较为成熟, 如利用Butler矩阵以及部分孔径等方法[11]。其中Butler矩阵方法是增益没有损耗的多波束形成方法, 每个波束都能利用整个阵面的天线孔径, 获得天线阵面最大的增益, 并且多波束之间两两正交,每一个波束的峰值方向都与其他波束的最小值方向重合, 可以实现较高的波束隔离度。

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