可擴(kuò)展DBF體制雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)架構(gòu)

徐飛

（西安電子工程研究所 陜西省西安市 710100）

1 引言

隨著相關(guān)技術(shù)成熟，當(dāng)前DBF 體制雷達(dá)被越來(lái)越多的使用。但是，當(dāng)雷達(dá)通道數(shù)與波束數(shù)發(fā)生變化時(shí)，信號(hào)處理機(jī)的軟硬件變化很大，經(jīng)常要重新設(shè)計(jì)。對(duì)DBF 體制雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)進(jìn)行研究，尋找能夠滿足不同通道數(shù)與波束數(shù)的架構(gòu)，有效的減小設(shè)計(jì)的工作量。

2 DBF接收原理

等距線陣對(duì)信號(hào)的接收如圖1 所示。

對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶信號(hào)S(n)，信號(hào)的入射角用θ 表示。參考陣元為第一個(gè)陣元，相鄰陣元間的相位差為ω，則相鄰陣元入射角θ 與相位差之間的關(guān)系為：

式中d 表示陣元距離，λ 表示信號(hào)波長(zhǎng)。其中，d 應(yīng)滿足d ≤λ/2，避免模糊?？芍趉 個(gè)陣元收到的信號(hào)與第一個(gè)陣元收到的信號(hào)相位差為：

第k 個(gè)陣元可表示為S(n)e-j(k-1)ω。

若等距線陣是由m 個(gè)陣元組成的，則它們相位差可表示為：

稱為入射信號(hào)S(n)的方向向量[1]。

將該向量取共軛作為波束形成系數(shù)，進(jìn)行下式的計(jì)算

則當(dāng)接收信號(hào)入射角為θ 時(shí)y(n)的值最大。因此，可使用多個(gè)波束形成系數(shù)覆蓋所關(guān)注的范圍。

3 傳統(tǒng)DBF信號(hào)處理機(jī)架構(gòu)

傳統(tǒng)的DBF 信號(hào)處理機(jī)如圖2 所示。

從圖中可以看到，該信號(hào)處理機(jī)主要由三部分組成：

（a）中頻接收部分。該部分由若干中頻接收板組成，根據(jù)要處理的中頻數(shù)目，和單個(gè)信號(hào)處理板處理的路數(shù)決定板卡的數(shù)量，再根據(jù)板卡的數(shù)量制作母板、機(jī)箱等。

（b）數(shù)字波束形成部分。該部分對(duì)所有中頻接收后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成要求個(gè)數(shù)的波束。

（c）目標(biāo)檢測(cè)部分。該部分完成要求個(gè)數(shù)波束的脈沖壓縮、MTD、目標(biāo)檢測(cè)及目標(biāo)報(bào)告生成等。

當(dāng)中頻回波個(gè)數(shù)發(fā)生變化時(shí)，則中頻接收部分需要做出相應(yīng)調(diào)整。第一種方法是增加單個(gè)中頻接收板的處理路數(shù)，該法需要重新設(shè)計(jì)中頻接收板，并重新設(shè)計(jì)該部分軟件程序；第二種方法是擴(kuò)充中頻接收板的個(gè)數(shù)，該方法需要重新設(shè)計(jì)母板和機(jī)箱?？梢钥吹?，當(dāng)中頻回波數(shù)發(fā)生較大變化時(shí)，無(wú)論哪一種方法中頻接收板的軟件或硬件都需要很大的變化。同時(shí)，數(shù)字波束形成部分需要增加數(shù)據(jù)接收處理能力，軟件部分也要相應(yīng)變化。

圖1：等距線陣

圖2：傳統(tǒng)DBF 信號(hào)處理機(jī)架構(gòu)示意圖

當(dāng)要形成的波束數(shù)發(fā)生變化時(shí)，數(shù)字波束形成部分的硬件需要進(jìn)行相應(yīng)的改變，軟件也需要較大的修改。同時(shí)，目標(biāo)檢測(cè)部分的處理能力也要根據(jù)波束處理個(gè)數(shù)的不同而相應(yīng)變化。

由此可見，當(dāng)中頻回波數(shù)量或波束數(shù)發(fā)生變化時(shí)，信號(hào)處理機(jī)從硬件到軟件都有很大變化。因此，要減少工作量，需要找到合適的處理架構(gòu)。

4 可擴(kuò)展DBF信號(hào)處理機(jī)架構(gòu)

可擴(kuò)展DBF 信號(hào)處理機(jī)架構(gòu)如圖3 所示。

該結(jié)構(gòu)中同樣分為三部分：

4.1 DDC數(shù)據(jù)產(chǎn)生與分配單元

該單元完成固定通道數(shù)的DDC 處理與均衡處理，其中濾波器通過(guò)選擇可實(shí)現(xiàn)1×、2×、4×、8×等模式變化，并根據(jù)控制實(shí)現(xiàn)不同的抽取；均衡系數(shù)可通過(guò)目標(biāo)匯總與控制單元單元加載。而后，將光電轉(zhuǎn)換后的光信號(hào)功分，功分的路數(shù)與部分波束處理單元的組數(shù)有關(guān)。

圖3：可擴(kuò)展DBF 信號(hào)處理機(jī)架構(gòu)

4.2 部分波束處理單元

實(shí)現(xiàn)一定數(shù)目（比如：32 個(gè)）波束的DBF、脈沖壓縮、MTD與檢測(cè)，該單元各組之間的波束應(yīng)有一定的重疊，以避免各個(gè)單元檢測(cè)時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4.3 目標(biāo)匯總與控制單元

對(duì)部分波束處理單元目標(biāo)進(jìn)行匯總，上報(bào)目標(biāo)信息，并向DDC 數(shù)據(jù)產(chǎn)生與分配單元、部分波束處理單元發(fā)送參數(shù)與控制信息。

當(dāng)中頻回波個(gè)數(shù)發(fā)生變化時(shí)，DDC 數(shù)據(jù)產(chǎn)生與分配單元的軟硬件程序無(wú)需變化，只需增加DDC 數(shù)據(jù)產(chǎn)生與分配單元的組數(shù)。同時(shí)增加部分波束處理單元波束部分和處理板，其余不用變化。

當(dāng)波束數(shù)發(fā)生變化時(shí)，僅光公分器的路數(shù)需要變化和部分波束處理單元中的組數(shù)要做相應(yīng)的變化，其余的軟硬件都無(wú)需發(fā)生變化。

5 結(jié)束語(yǔ)

從文中可知，可擴(kuò)展DBF 信號(hào)處理機(jī)架構(gòu)可以極大地減少新設(shè)計(jì)的工作量，特別對(duì)于中頻接收等基本的處理單元，其硬件和軟件程序完全可以固化，并可以制作成專用集成電路。