寬帶波束形成算法設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、波束形成作為陣列信號處理的基本方法，在雷達、聲納、通信等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。波束形成主要有兩方面的作用，一方面獲得抗噪聲、干擾和混響的空間增益，另一方面得到較高的空間分辨率，用以確定目標方位。同時，為了提高系統(tǒng)時域分辨率從而提高檢測/通信性能，聲納、雷達、通信等系統(tǒng)中經(jīng)常采用寬帶信號形式。因此對寬帶信號波束形成方法的研究有著重要的實際意義。 本文首先介紹了波束形成和空間濾波的基本概念以及常見的波束形成方法，包括時域插值波束形

2、成方法和頻域波束形成方法，之后發(fā)展了時域波束形成方法的多相FIR濾波器實現(xiàn)，并針對帶通信號提出了基于多相FIR濾波器的帶通采樣波束形成方法。這種方法具有以下特點：1、選擇合適的采樣頻率，使得采樣輸出的同時自然實現(xiàn)正交解調(diào)，避免了正交解調(diào)模擬電路的使用；2、采用FIR濾波器一次性完成與信號匹配的低通濾波、內(nèi)插延時和相位旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)真正的延時波束形成；3、內(nèi)插系數(shù)由補零內(nèi)插波束形成方法中獲取各路信號對應(yīng)延時內(nèi)插點的低通濾波系數(shù)確定。該方法尤其

3、適用于寬帶信號的處理。 實際陣列系統(tǒng)中各陣元通道之間接收響應(yīng)往往存在不同程度的差異，特別對于寬帶信號系統(tǒng)，因此必須進行通道校準，否則將會因失配導(dǎo)致波束形成性能的下降。本論文結(jié)合特征子空間校準和通道均衡校準兩種方法，進行了通道接收響應(yīng)失配的建模和校準研究。 在上述理論研究的基礎(chǔ)上，本論文進行了有關(guān)的計算機仿真實驗。執(zhí)行了帶通道校準的時域波束形成和匹配濾波，分析了波束形成的相關(guān)性能，并和采用頻域波束形成方法的仿真進行了比較。

4、結(jié)果表明兩者在波束形成的仿真實現(xiàn)性能上并無明顯差別，但論文提出的時域波束形成方法在波束數(shù)較少時能減少所需要的硬件計算資源。 最后，本論文把基于多相FIR濾波器的帶通采樣波束形成方法在DSP—FPGA硬件平臺上進行了實現(xiàn)和驗證。在硬件實現(xiàn)上提出了一種級聯(lián)結(jié)構(gòu)多通道FIR濾波器，該結(jié)構(gòu)適合于在FPGA中實現(xiàn)，較傳統(tǒng)濾波器執(zhí)行節(jié)省大量邏輯資源。仿真與實際測試結(jié)果都表明所設(shè)計的VHDL代碼很好地執(zhí)行了寬帶波束形成的功能，達到了波束形成的