| 标题 | 基于FPGA的数字多波束算法实现 |
| 范文 | 廉丹 【摘 要】本文介绍了数字多波束算法的基本理论及某雷达信号处理系统数字波束算法的FPGA设计实现，主要完成了接收通道的幅相校准功能、波束合成功能、副瓣相消功能和干扰分析功能。 【关键词】信号处理；数字多波束算法；FPGA 【中图分类号】TN821.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）15-0017-02 引言 实现某雷达信号处理系统中数字波束合成，将接收通信插件送来的36路回波信号通过接收通道幅相校准和数字波束合成处理，最终输出16路独立的数字波束合成数据（和波束8路、差波束8路）。 一、数字多波束算法（DBF） 信号处理系统应用数字多波束（DBF）合成技术对阵列天线接收到的信号进行处理，能够极大的提高雷达系统的抗干扰能力是新一代雷达提高目标检测能力的关键技术之一。 本文设计的数字波束合成插件将接收通信插件送来的36路回波信号进行幅相校准和数据合成处理，最终输出16路独立的DBF合成数据。主要实现了接收通道的幅相校正功能、波束合成功能、副瓣相消功能和干扰分析功能。 36路零中频矢量信号经数字下变频插件幅相校准后形成基带信号，将此基带信号按一定的方式加权合并（固定权值），可以得到8路独立的和波束与差波束。对36路回波信号经处理后的12路信号矢量输入变为复加权矢量为： 〖XC11.JPG；%30%30〗 其中：θn为第n个波束指向，d1为天线单元之间的间距，anm为降低副瓣电平的幅度加权系数。 计算回波信号矢量和复加权矢量的内积，即每个信号与权值相乘后的求和输出，即可得8个独立的和波束：将复加权矢量W变形为W1：每个信号与W1相乘后的求和输出，即得8个独立的差波束。 二、DBF算法的FPGA实现方案 按照设计要求，编辑16位输入及32位输出复数乘法器。该复数乘法器是通过4个普通的乘法器与1个加法器及1个减法器的相互组合实现的，这也是按照复数相乘的原理来诠释的，即（a+bj）*（c+dj）=（ac-bd）+（ad+bc）j。 通过上述复数乘法器对接收到的12组I、Q数据与权值中的1行数据进行运算，将运算结果送到下1个模块进行累加及截断（最终输出模块）操作，即可得到1路和数据。然后W的其他各行数据与I、Q进行运算就可以得到其他7路和数据；同理，可得8路差数据。 最终输出模块包括1个由计数器控制的累加器及1个截断程序，按操作要求对每12个上级输入结果进行累加然后输出，送到插件的截斷程序。由于16位输入I、Q数据经过复数乘法器后的输出会扩大到32位，经过累加器会损失溢出的进位，精度将会降低。由于DBF的输出结果传输到下1级脉冲压缩要求为16位数据，且权值W或W1均为小数，在FPGA中为便于计算，对通过第1步复数乘法器时的16位权值进行扩大，即移位后的结果，最后的截断程序就相当于去掉小数部分了，截断后16位相当于还原真实结果。 三、截断模块的FPGA编程如下： 四、结束语 通过对DBF算法的整体模块进行测试仿真，编辑测试激励，可对整个程序流程的算法精度进行估算。 〖XC14.JPG；%35%35〗 参考文献 [1]胡光锐，徐昌庆.信号与系统.上海交通大学出版社，2013. [2]丁鹭飞，陈建春.雷达原理.电子工业出版社，2009. |
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