【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及雷達，尤其涉及一種基于時頻樣本選擇的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法。
技術介紹
1、陣列天線的數字波束形成技術是相控陣天線數字化發展的研究進展，技術優勢明顯，該系統具有可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強等特點。自適應數字波束形成(adaptivedigital?beamforming，adbf)技術是近二三十年發展起來的先進的陣列信號處理技術，它通過對陣列天線各個陣元接收信號的復數加權，利用軟件的方法使陣列主波束對準期望信號，零陷對準未知干擾源信號，從而大大提高系統的接收性能。adbf具有快速自適應波束置零、超低副瓣、超分辨率、自適應空時處理等優點，在雷達、聲吶、無線通信及射電天文等諸多領域得到了廣泛應用。
2、在傳統的波束形成中存在干擾處的零陷較窄，干擾功率不穩定導致干擾零陷較淺的情況。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種自適應波束形成的現場可編程門陣列(field-programmable?gatearray，fpga)實現方法，以解決現有技術中存在的干擾處的零陷較窄、干擾功率不穩定，導致干擾零陷較淺，影響雷達系統的抗干擾性能的問題。
2、為了實現以上目的，本專利技術通過以下技術方案實現：
3、本專利技術提供一種自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，包括：
4、接收n通道中頻采樣數據，對所述n通道中頻采樣數據進行數據重排，并對脈沖數維進行快速傅里葉變換，獲取所述n通道中頻采樣數據的距離-多普勒時
5、根據所述距離-多普勒時頻二維圖，進行干擾監測以及干擾區域識別；
6、根據識別出的干擾區域，提取干擾區域樣本數據，并進行對所述干擾區域樣本數據進行數據重排；
7、求取所述干擾區域樣本數據的協方差矩陣以及協方差矩陣的逆矩陣；求取自適應波束形成系數；
8、根據所述自適應波束形成系數，進行和差差波束形成。
9、優選的，所述接收n通道中頻采樣數據，對所述n通道中頻采樣數據進行數據重排包括：所述n通道中頻采樣數據，經過數字下變頻、幅相校正和低通濾波后，根據脈沖數和距離門數對所述n通道中頻采樣數據進行數據重排。
10、優選的，所述根據所述距離-多普勒時頻二維圖，進行干擾監測以及干擾區域識別包括：根據距離-多普勒時頻二維圖，對每個距離門內的數據，以k個單元為單位，求取k個單元的功率平均值，對多普勒維進行搜索，根據實際需求找到功率平均值最大的前若干個區域，所述功率平均值最大的前若干個區域為干擾所在的區域。
11、優選的，根據實際需求找到功率平均值最大的前三個區域，所述功率平均值最大的前三個區域為干擾所在的區域。
12、優選的，所述數據重排包括：根據距離門數、頻率門數和干擾區域的數量，進行所述數據重排。
13、優選的，所述進行干擾區域樣本數據的提取具體包括：通過下述矩陣提取所述干擾區域樣本數據，
14、
15、其中，aij,bij,cij(i＝1,2,…,i；j＝1,2,…,j)分別表示a、b、c三個干擾區域的樣本數據；i表示距離門數；j表示頻率門數，xn表示第n(n＝1,2,…,n)個通道的干擾區域樣本數據。
16、優選的，對取出的所述干擾區域樣本數據進行數據重排包括：對于單個干擾區域的樣本數據，得到n×(i×j)維二維矩陣，a、b、c三個干擾區域的二維矩陣分別為：
17、
18、其中，aijn,bijn,cijn(i＝1,2…,i；j＝1,2…,j；n＝1,2…,n)分別表示a、b、c三個干擾區域的重排后的樣本數據，
19、對所有干擾區域的重排后樣本數據進行排列，得到數據重排后的所述干擾區域樣本數據的表達式為：
20、x＝[xa?xb?xc]。
21、優選的，所述求取干擾區域樣本數據的協方差矩陣以及協方差矩陣的逆矩陣包括：所有的干擾區域樣本數據求協方差矩陣r為：
22、
23、其中，(·)h表示對矩陣進行共軛轉置處理，所述干擾區域樣本數據x為維矩陣，xm為x的第m(m＝1,2,…,3×(i×j))個列向量；的具體形式為：
24、
25、協方差矩陣共有n*(n+1)/2個上三角元素，采用n*(n+1)/2個復數乘法器ip核并行計算，數據流水線輸入，對每次計算的結果使用累加器ip核進行并行累加，采用平方根法對干擾區域樣本數據的協方差矩陣求逆。
26、優選的，所述的求取自適應波束形成系數包括：
27、根據平面陣陣元的位置求取第n個陣元的加權權重wn：
28、wx＝exp(-j2πxcosθsinφ/λ)
29、wy＝exp(-j2πysinθ/λ)
30、
31、其中，(x，y)為陣元的坐標；θ、φ分別為方位角和俯仰角；λ為信號波長；wx、wy分別為加權權重的x軸分量和y軸分量；為kronecker積運算符，
32、自適應波束形成系數w的表達式為：
33、w＝r-1*wn
34、其中，r-1為干擾區域樣本數據求協方差矩陣r的逆矩陣，wn為常規波束形成系數。
35、優選的，所述的根據所述自適應波束形成系數，進行和差差波束形成包括：設定n個自適應陣列天線接收來自方向為θ的來波信號，所述自適應陣列天線中每個陣元都對應一個接收通道，并且各個通道都被賦予了加權值，對各個加權輸出數據求和，得到系統濾波輸出的表達式為：
36、
37、式中，w＝[w1，w2，…，wn]t表示自適應波束形成加權系數構成的加權矢量，(·)*表示對矩陣進行共軛處理。
38、優選的，根據所述系統濾波輸出的表達式，和差差三波束并行計算，進行和差差波束形成。
39、本專利技術至少具有以下技術效果之一：
40、本專利技術提供的一種基于時頻樣本選擇的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，利用采樣數據的時頻二維圖，避開雜波和零頻分量的影響，充分提取干擾區域樣本數據，且相對于時域提取干擾區域樣本數據，本專利技術所提取干擾區域樣本數據更加純凈，抗干擾性能更加優異；在fpga中基于cholseky矩陣分解算法進行快速矩陣求逆，并利用fpga流水線設計的特點，進一步提高自適應抗干擾處理的實時性。
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1.一種自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，所述對所述N通道中頻采樣數據進行數據重排包括：所述N通道中頻采樣數，經過數字下變頻、幅相校正和低通濾波后，根據脈沖數和距離門數對所述N通道中頻采樣數據進行數據重排。
3.根據權利要求1所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，所述根據所述距離-多普勒時頻二維圖，進行干擾監測以及干擾區域識別包括：根據距離-多普勒時頻二維圖，對每個距離門內的數據，以K個單元為單位，求取K個單元的功率平均值，對多普勒維進行搜索，根據實際需求找到功率平均值最大的前若干個區域，所述功率平均值最大的前若干個區域為干擾所在的區域。
4.根據權利要求3所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，根據實際需求找到功率平均值最大的前三個區域，所述功率平均值最大的前三個區域為干擾所在的區域。
5.根據權利要求4所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，所述提取干擾區域樣本數
6.根據權利要求5所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，對所述干擾區域樣本數據進行數據重排包括：對于單個干擾區域的樣本數據，得到N×(I×J)維二維矩陣，a、b、c三個干擾區域的二維矩陣分別為：
7.根據權利要求6所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，所述求取干擾區域樣本數據的協方差矩陣以及協方差矩陣的逆矩陣包括：所有的干擾區域樣本數據求協方差矩陣R為：
8.根據權利要求7所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，所述的求取自適應波束形成系數包括：
9.根據權利要求8所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，所述的根據所述自適應波束形成系數，進行和差差波束形成包括：設定N個自適應陣列天線接收來自方向為θ的來波信號，所述自適應陣列天線中每個陣元都對應一個接收通道，并且各個通道都被賦予了加權值，對各個加權輸出數據求和，得到系統濾波輸出的表達式為：
10.根據權利要求9所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，根據所述系統濾波輸出的表達式，和差差三波束并行計算，進行和差差波束形成。
...【技術特征摘要】
1.一種自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，所述對所述n通道中頻采樣數據進行數據重排包括：所述n通道中頻采樣數，經過數字下變頻、幅相校正和低通濾波后，根據脈沖數和距離門數對所述n通道中頻采樣數據進行數據重排。
3.根據權利要求1所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，所述根據所述距離-多普勒時頻二維圖，進行干擾監測以及干擾區域識別包括：根據距離-多普勒時頻二維圖，對每個距離門內的數據，以k個單元為單位，求取k個單元的功率平均值，對多普勒維進行搜索，根據實際需求找到功率平均值最大的前若干個區域，所述功率平均值最大的前若干個區域為干擾所在的區域。
4.根據權利要求3所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，根據實際需求找到功率平均值最大的前三個區域，所述功率平均值最大的前三個區域為干擾所在的區域。
5.根據權利要求4所述的自適應波束形成的現場可編程門陣列實現方法，其特征在于，所述提取干擾區域樣本數據，包括：通過下述矩陣提取所述干擾區域樣本數據，
【專利技術屬性】
技術研發人員：曹瑩，孫殿舉，馬婷婷，劉愛華，王鵬，占凱，周焯，
申請(專利權)人：上海無線電設備研究所，
類型：發明
國別省市：
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