一种降低硬件资源消耗的宽带波束形成设计方法

摘要

本发明属于阵列信号处理中的波束合成领域，主要涉及宽带波束形成的硬件实现资源消耗分析及其降低方法。本发明的目的在于提供一种降低硬件资源消耗的宽带波束形成设计方法，完全针对于硬件工程实现，在实现宽带波束形成时，可以降低系统所消耗的资源。将舍去传统宽带波束形成中使用的复数运算处理，对实数进行运算。将接受到的实信号不首先进行数字下变频变成I/Q两路，而是直接对接收的实数信号进行处理。这样可以减少宽带波束形成时的FARROW结构所消耗的资源。最后再将实信号转化为复信号。这样也不会引起实信号的相位模糊问题，不会对后续的信号处理造成影响。

主权项

一种降低硬件资源消耗的宽带波束形成设计方法，其特征在于,具体步骤如下:S1、对于有M个阵元任意共形阵阵列，建立信号接收模型，第m个阵元的坐标表示p_m＝[x_m y_m z_m]，选择坐标原点为基准点，某信号s(t)以入射方向入射方向向量记为第m个阵元接收到的射频实信号为其中，τ_m是第m个阵元相对于参考点的延时，S2、通过模拟前端将射频端信号变为较低频信号为将中频信号通过高速AD采样，较低频模拟信号变为数字中频实信号，信号表达为：S3、延时τ_m分为两部分，整数部分和小数部分，即τ_m＝τ_{i_m}+τ_{f_m}，其中τ_{i_m}为整数部分，τ_{i_m}为小数部分，对其进行延时补偿，分为整数延时补偿和小数延时补偿(分数延迟)，具体如下：S31、对信号进行整数延时补偿，通过对信号延迟τ_{i_m}个采样点即可补偿。整数延时补偿后信号变为S32、对整数延时补偿后的信号，进行小数部分延时补偿。通过FARROW结构分数延时滤波器，信号变为：$\begin{array}{c}{x}_{i\_m}\left(n\right)=real\left[s\left(n\right)e^{{\mathrm{j\omega }}_0(n+{\tau }_{i\_m}+{\tau }_{f\_m})-{\omega }_s{\tau }_m}\right]\\ =real\left[s\left(n\right)e^{{\mathrm{j\omega }}_0(n+{\tau }_m)-{\omega }_s{\tau }_m}\right]\\ =real\left[s\left(n\right)e^{{\mathrm{j\omega }}_{0}n+({\omega }_0-{\omega }_s){\tau }_m}\right]\end{array};$S4、对延时补偿后的信号进行数字下变频，将实信号转化为I/Q两路表示的复数基带信号，I/Q两路的信号综合表示为：$x_m\left(n\right)=s\left(n\right)e^{j({\omega }_0-{\omega }_s){\tau }_m}=real\left[s\left(n\right)e^{j({\omega }_0-{\omega }_s){\tau }_m}\right]+i·imag\left[s\left(n\right)e^{j({\omega }_0-{\omega }_s){\tau }_m}\right]$其中，为I路，为Q路；S5、设置波束合成的方向为引入权向量其中φ_m＝(ω_s‑ω₀)τ_{1_m}，当波束合成方向与信号入射方向相同时(即θ＝θ₁,时)，权向量与数字下变频后的信号相乘得到具有高增益的接收信号y(n)＝w^Hx(n)＝Ms(n)，完成宽带波束合成。