本發(fā)明涉及相控陣天線，特別是涉及一種數(shù)字多波束相控陣天線下行和通道數(shù)字化頻分復(fù)用方法、相控陣天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字多波束相控陣天線由于采用多波束的工作方式以及具備全空域覆蓋的技術(shù)優(yōu)勢，能同時對多個空間目標(biāo)進行跟蹤測控，在近年來新型天線的研究中越來越受到重視，成為一個新型天線研究的熱點領(lǐng)域。

2、數(shù)字多波束相控陣天線應(yīng)用的一個最大的技術(shù)優(yōu)勢在于可以形成多個獨立波束，并等效于多個獨立天線對多個目標(biāo)分別進行跟蹤測控。因此，天線系統(tǒng)可并行工作的目標(biāo)數(shù)量是數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)的設(shè)計的一個重要的性能指標(biāo)。在天線系統(tǒng)設(shè)計中，對應(yīng)于一個空間目標(biāo)，需要有上行信號通道和下行信號通道，并且為了完成天線對目標(biāo)的自動跟蹤功能，在技術(shù)上通常還要采用雙通道自跟蹤方式，因此在對數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)進行設(shè)計時，對每個空間目標(biāo)都要設(shè)計兩路下行信號通道(和路下行信號通道與差路下行信號通道)。在工程實踐中，數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)的下行數(shù)字波束信號一般是在樹狀結(jié)構(gòu)的多級數(shù)字波束形成(dbf)單元中，采用大規(guī)模數(shù)字集成電路實現(xiàn)，并通過數(shù)字光纖在各級處理單元之間傳輸。由于數(shù)字波束形成單元間可實現(xiàn)的數(shù)字光纖通道的物理接口是有限的，因而限制了數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)的目標(biāo)數(shù)量。因此如何有效地利用下行信號通道，增加數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)的可并行工作的目標(biāo)數(shù)量，成為一個急需突破的關(guān)鍵技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提供一種數(shù)字多波束相控陣天線下行和通道數(shù)字化頻分復(fù)用方法、相控陣天線系統(tǒng)，利用數(shù)字波束相控陣天線系統(tǒng)下行通道的帶寬特點，通過采用和、差通道的數(shù)字化頻分復(fù)用技術(shù)的方式，實現(xiàn)對和通道的復(fù)用功能。

2、本發(fā)明公開了一種數(shù)字多波束相控陣天線下行和通道數(shù)字化頻分復(fù)用方法，其包括：

3、在數(shù)字多波束相控陣天線對空間目標(biāo)進行數(shù)字波束形成時，若空間目標(biāo)的下行信號的帶寬小于下行波束信號通道的頻譜帶寬，則下行和路信號與下行差路信號共用一個下行波束和路通道，即同一個下行波束信號通道同時傳輸下行和路波束信號與下行差路波束信號，以通過下行波束差路通道增加數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)形成的波束數(shù)量；數(shù)字多波束相控陣天線的下行數(shù)字波束信號包含下行和路波束信號和下行差路波束信號。

4、進一步地，所述下行和路信號與下行差路信號共用一個下行波束和路通道，包括：

5、通過數(shù)字變頻對下行差路波束信號的中心頻率進行變換，然后搬移至下行波束和路通道的頻譜上，再將下行和路波束信號與下行差路信號相疊加，以實現(xiàn)下行信號通道對下行和路波束信號與下行差路波束信號的頻分復(fù)用；下行信號通道包括下行波束和路通道和下行波束差路通道。

6、進一步地，對下行差路波束信號的中心頻率進行變換，變換后的中心頻率為若fw≤4fa，則下行和路波束信號與下行差路信號能夠進行疊加；其中，2fw為數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)設(shè)計的下行信號通道的帶寬；2fa為空間目標(biāo)的下行信號帶寬。

7、進一步地，對一個目標(biāo)的下行信號，在第一級數(shù)字波束形成單元形成下行和路波束信號與下行差路波束信號后，按照頻分復(fù)用的方法將下行和路波束信號和下行差路波束信號疊加為一個信號；同時利用各級數(shù)字波束形成單元間的下行信號通道，逐級將疊加后的信號發(fā)送到第n級數(shù)字波束形成單元，最終由第n級數(shù)字波束形成單元將疊加后的信號分發(fā)給后端的信息處理系統(tǒng)。

8、進一步地，第一級數(shù)字波束形成單元中的下行差路波束信號的數(shù)字變頻器將下行差路波束信號從零中頻變到所設(shè)定的頻點f0；最后將變頻后的下行差路波束信號與下行和路波束信號相加形成共用一個下行信號通道的信號，即：

9、

10、其中，s和路信號加差路信號為共用一個下行信號通道的信號，s和路信號為下行和路波束信號，s差路信號為下行差路波束信號，w0＝2πf0。

11、本發(fā)明還公開了一種數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)，其包括數(shù)字波束形成分系統(tǒng)與和、差分路處理單元，數(shù)字波束形成分系統(tǒng)包括n級級聯(lián)連接的數(shù)字波束形成單元，即第一級數(shù)字波束形成單元至第n級數(shù)字波束形成單元；n級級聯(lián)連接的數(shù)字波束形成單元之間形成下行波束和路通道和下行波束差路通道；

12、第一級數(shù)字波束形成單元用于接收空間目標(biāo)的下行信號，形成該下行信號的下行和路波束信號與下行差路波束信號，再按照頻分復(fù)用的方法將下行和路波束信號與下行差路波束信號疊加為一個信號，并將疊加后的信號依次通過各級數(shù)字波束形成單元之間的下行波束差路通道后發(fā)送至和、差分路處理單元。

13、進一步地，所述第一級數(shù)字波束形成單元包括下行差路波束形成模塊、下行差路波束信號的數(shù)字變頻器、疊加器、下行和路波束形成模塊；下行差路波束形成模塊通過下行差路波束信號的數(shù)字變頻器與疊加器連接；疊加器和下行和路波束形成模塊連接；

14、下行差路波束形成模塊用于接收下行信號，形成下行差路波束信號；

15、下行差路波束信號的數(shù)字變頻器用于將下行差路波束信號從零中頻變換到所設(shè)定的頻點；并將變頻后的下行差路波束信號發(fā)送至疊加器；

16、下行和路波束形成模塊用于接收下行信號，形成下行和路波束信號并將其發(fā)送至疊加器；

17、疊加器用于將接收到的下行差路波束信號與下行和路波束信號相加形成疊加信號。

18、進一步地，所述下行差路波束信號的數(shù)字變頻器包括數(shù)字頻率合成器、運算器和數(shù)字濾波器；數(shù)字頻率合成器通過運算器與數(shù)字濾波器連接；

19、數(shù)字頻率合成器用于將系統(tǒng)給定頻率控制字和系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生的本振信號；

20、運算器用于將數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生的本振信號與下行差路波束信號混頻，生成混頻信號；

21、數(shù)字濾波器用于將混頻信號的頻率進行變換，生成變頻后的下行差路波束信號。

22、進一步地，所述和、差分路處理單元包括數(shù)字頻率合成器、運算器、第一數(shù)字濾波器和第二數(shù)字濾波器；數(shù)字頻率合成器通過運算器與第一數(shù)字濾波器連接；第一數(shù)字濾波器通過運算器與第二數(shù)字濾波器連接；

23、數(shù)字頻率合成器用于將系統(tǒng)給定頻率控制字和系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生的本振信號；

24、運算器用于將數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生的本振信號與疊加后的信號混頻，生成混頻信號；

25、第一數(shù)字濾波器用于將混頻信號的頻率進行變換，生成下行差路波束信號；

26、第二數(shù)字濾波器用于將疊加后的信號的頻率進行變換，生成下行和路波束信號。

27、進一步地，還包括與和、差分路處理單元連接的數(shù)字化跟蹤接收機，以及與第一級數(shù)字波束形成單元連接的數(shù)字多波束相控陣天線；數(shù)字多波束相控陣天線包括多個天線單元；多個天線單元用于接收空間目標(biāo)的下行信號并將其發(fā)送至第一級數(shù)字波束形成單元；

28、數(shù)字化跟蹤接收機用于接收和、差分路處理單元輸出的下行和路波束信號和下行差路波束信號，生成數(shù)字多波束相控陣天線跟蹤空間目標(biāo)的角誤差信號。

29、由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

30、1.本發(fā)明利用在數(shù)字多波束相控陣天線對窄帶空間目標(biāo)進行數(shù)字波束形成時，下行和路信號與下行差路信號可以共用一個下行波束和路通道的特性，利用一路下行波束的信號通道同時傳輸下行和路信號與下行差路信號，進而可通過該方法節(jié)省下的波束形成的信號通道，增加數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)形成的波束數(shù)量。通過該方法可在不增加系統(tǒng)資源的情況下增大數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)形成的波束數(shù)量，解決了數(shù)字多波束相控陣天線系統(tǒng)設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題。

31、2.本發(fā)明實現(xiàn)簡單、資源占用較少，降低系統(tǒng)設(shè)計成本。利用本發(fā)明不需要復(fù)雜電路，實現(xiàn)方法比較簡單。本發(fā)明僅利用系統(tǒng)原有的設(shè)備，而不需要增加額外的設(shè)備，僅利用軟件算法實現(xiàn)下行和路信號與下行差路信號共用一個下行波束和路通道的功能，便于自動化運行，降低了系統(tǒng)設(shè)計成本。