基于FPGA的发射数字波束形成系统设计与实现

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数字波束合成(DigitalBeamForming,DBF)技术是阵列信号处理的一个重要分支,它已经在雷达信号处理、智能天线以及卫星通信等领域得到了广泛的应用。当馈源数和形成的波束数较多时,DBF算法的运算量庞大,工程实现的难度很大。  本文主要利用高性能FPGA来实现多波束发射DBF系统。首先阐述了相控阵天线和数字波束合成的基本原理和结构。在此基础上详细介绍了数字波束形成器的实现方式,用FPGA作为主信号处理器,完成复数加权处理以及权值的动态更新,板间高速数据传输采用LVDS方式。接着针对发射阵列天线射频组件的输入为中频信号的特点,给出一种实现基带馈源信号数字上变频的优化结构,该结构利用多相滤波和复用式设计减少了硬件资源的消耗,提高了系统的稳定性。中频信号通常由模拟射频组件调制到射频,再由阵列天线进行发射,考虑到模拟器件的可靠性和灵活性较差,本文最后介绍了一种利用高性能FPGA和新型高速DA转换器直接产生射频信号的全数字实现方案,该方案降低了设计的成本和复杂度,提高了系统的抗干扰能力和扩展性。文中给出了数字波束形成器、数字上变频器以及全数字射频信号产生器的FPGA实现结果以及资源占用情况。
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