[发明专利]一种可重构的相位一致性阵列发射系统

说明书

本发明提出了一种可重构的相位一致性阵列发射系统，能够解决阵列发射机的中频基带发射端口的发射信号的幅度和相位一致性问题，有效的提高波束形成算法合成的波束指向的精度。本发明在发射模式转换过程中，提出了详细的转换策略，具备可重构特性，并具备敏捷性，并且给出了各个发射模式下波束形成的具体实现算法。在多波束发射模式下，发射机的结构设计使得工作量得到显著降低。本发明提出的可重构的高精度相位一致性的阵列发射系统，可以解决阵列发射机的中频基带发射端口的发射信号的幅度和相位一致性问题，高精度的幅度和相位一致性可以有效的提高波束形成算法合成的波束指向的精度。

技术领域

本发明涉及数字阵列发射技术领域，具体涉及一种可重构的相位一致性阵列发射系统。

背景技术

目前阵列发射系统在应用中包括雷达和通信两部分。对于雷达的数字T/R组件来说，发射时，由实时信号处理机产生每个天线单元的幅相控制字，对各T/R组件的信号产生器进行控制，产生一定频率、相位、幅度的射频信号；再输出至对应的天线单元，最后由各阵元的辐射信号在空间合成所需的发射方向图。接收时，每个T/R组件接收天线各单元的微波信号，经过下变频形成中频信号再经中频采样处理后输出回波信号；多路数字化T/R组件输出的大量回波数据，通过高速数据传输系统传送至实时信号处理机，实时信号处理机完成自适应波束形成和软件化信号处理。与采用模拟器件来实现波束形成的传统、相控阵雷达相比，数字阵列雷达具有很多优点：易于实现超低收发副瓣；波束扫描速度快(低于微秒量级)，信号处理方式灵活，可以同时发射、接收多波束，自适应零点形成易于抗干扰，模块之间的幅相校正较为简单；可以利用直接频率合成技术，产生各种具有复杂编码波形的发射信号，被截获的概率低，不用移相器，雷达的整机功耗低、可靠性高。

直接频率合成(DDS)的幅度和相位近似连续可调，可用于数字阵列雷达的波形产生和幅相调整。基于直接频率合成的数字T/R组件是数字阵列雷达的关键部分之一，包括了频率源、直接频率合成、功放、混频、滤波、模数变换等部件，有集中式频率源、分布式频率源等多种实现方式。关于雷达的数字T/R组件的研究重点主要有体系结构、基于直接频率合成的发射信号产生与幅相控制技术、数模一体化设计理论、组件的一致性和稳定性等。

对于数字波束形成校正技术来说，数字阵列发射通道和各接收通道间存在幅相误差，会对波束副瓣电平产生影响，应对其进行校正。发射通道校正有远场校正和内部校正两种方式。远场校正是让每个通道依次通过天线所发射的信号，再把远场接收的发射信号与参考信号比较，得到各发射通道的幅相误差。将此误差代入直接频率合成部件即可修正各发射支路的幅相误差。内部校正是将发射信号从天线耦合端耦合出来，经矩阵开关依次切换各路信号，再把矩阵开关的输出与参考信号相比较得到发射通道的幅相误差。此误差再加上天线、矩阵开关等固定误差，更得到等效的远场校正误差。接收通道校正同样有远场校正和内部校正两种方式。远场校正是将校正信号从远场发射，经天线、接收机至采集卡，然后在计算机内对接收通道的幅相误差进行分析。内部校正是将校正信号从功分网络馈入天线的耦合器，经天线耦合端、接收机至采集卡，由计算机分析各通道的幅相误差，依此进行天线、功分网络等固有误差的修正，然后才能得到等效的系统误差。接收通道的幅相误差最终将在数字波束形成器中加以修正。

对于宽带数字波束形成技术来说，采用宽带波形可达到高的距离分辨率，有助于目标识别，从而适用子弹道导弹防御系统等场合。实现宽带数字波束形成，一是天线系统和射频组件的频带要相当宽，二是雷达必须具有大的瞬时带宽，三是要进行高速数字信号处理。通过控制每个数字组件直接频率合成的时间延迟和起始相位，可以实现宽带发射和接收。当然，由于带宽的增大，迫切需要解决宽带数字波束形成存在的巨大的运算量问题。

大容量高速数据传输是实现数字阵列单元(DAU)与数字处理系统之间的数据交换是必不可少的。有多种办法来实现大容量高速数据传输，例如采用光纤和低压差分传输(LVDS)，传输速率都能达到几百兆。