子阵级数字波束形成抗多主副瓣干扰及测角技术
第38卷第12期2016年12月现代雷达
Modern Radar
Vol.38 No. 12
Dec. 2016
?D B F在规代啻达中的裘用. D O I：10.16592/ j. cnki. 1004-7859.2016.12.004子阵级数字波束形成抗多主副瓣干扰及测角技术
舒汀，陈新竹，余啟波，郁文贤
(上海交通大学上海市智能探测与识别重点实验室，上海200240)摘要:对于大型的二维相扫雷达天线阵列，数字波束形成通常在子阵上完成，以减少数字接收机的数量并降低成本。基于 子阵级数字波束形成，文中提出了一种改进的自适应信号处理架构，在低成本的情况下，同时抑制多个主副瓣干扰，并保 持对目标的单脉冲测角精度。首先,每个子阵内部形成非自适应的波束并转化为数字输出；再利用行和列波束的分维特 性，在子阵级形成自适应波束,进行干扰抑制处理;最后，分别将各个行或列波束合成为全阵列的俯仰或方位和差波束，用 于目标的单脉冲测角。与传统的四通道抗主瓣干扰相比，该方法在合成和差波束前,基于子阵级数字波束完成自适应干 扰的抑制。因此，充分利用了有限的自由度，挖掘了子阵级数字阵列抗同时多个主副瓣干扰的能力。还结合相控阵雷达 实例，给出了仿真结果，验证了该方法的有效性。总的来说,所提出的阵列信号处理架构，在降低系统复杂度和成本的同 时，大大提高了雷达系统的抗干扰能力。
关键词:子阵级数字波束形成;多干扰抑制;单脉冲测角
中图分类号:TN973 文献标志码:A 文章编号= 1004-7859 (2016) 12-0022-05
Multiple Jamming Cancellation Using Adaptive Subarray DBF
for Angle Estimation
SH U T in g,C H E N X in z h u.Y U K a i-b o r,Y U W enxian
(Shanghai K ey Laboratory o f In te llig e n t Sensing and R e c o g n itio n,
Shanghai Jiao Tong U n iv e rs ity, Shanghai 200240, C h in a)
Abstract ：An enhanced array processing architecture using adaptive digital beamforming at subarray level is proposed for monopulse angle estimation in presence of mainlobe and sidelobe jammings. First, in order to reduce the receiver count, fixed analog beam-forming is performed at element level and sub-array outputs are converted to digital signals. Then, adaptive row and column digital beams are formed at subarray level to adaptively cancel multiple jammings. Finally, monopulse sum and delta beamformer follows using row and column beams in vertical and horizontal dimension respectively for elevation and azimuth angle estimation. Compared with the conventional processing with four beams, adaptive digital beamforming is performed with subarray beams prior to sum and delta beamforming, that is, more digital degrees of freedom are exploited. Thus the capability of cancelling multiple electronic jam-mings simultaneously is provided. Additionally, simulation results of angle estimation are shown. To sum up, this technique is de-veloped to demonstrate the potential of digital beamforming at subarray level with low cost and more facility.
Key words ：subarray digital beamforming; multiple jamming canellation; monopulse angle estimation
〇引言
现代雷达采用相控阵技术，通过电子扫描可灵活 精确地控制波束指向，具有搜索和跟踪多个目标的能 力，进而推动了多功能雷达的产生与发展。数字波束 形成技术则基于数字接收机使用数字信号处理算法代 替了传统的模拟器件来合成波束，是新一代阵列雷达 的重要突破之一。该技术可用于实现同时多波束、自适应信号处理、精确的角度估计以及阵列自我修复 等[1]。但是，二维相位扫描的平面相控阵接收天线由
基金项目：国家自然科学基金资助项目（61571294);航空科学 基金资助项目（2015ZD07006)
通信作者：陈新竹Emai丨:chenxinzhu_92@ 163. com
收稿日期=2016-09-20 修订日期:2016-11 -21
—22 —成千上万个阵元构成，采用全数字阵在阵元级实现数 字波束形成会造成设备量急剧增大和成本剧增，且数 据量巨大，对软硬件数据处理能力的要求极高[2]。在 实际的相控阵雷达系统中，比较合理的解决方法是将 整个平面相控阵分成若干个子阵，合成子阵波束后转 化为数字输出，以减少数字接收机的数量，降低成本。该结构是模拟和数字波束形成的混合模式[3]:非自适 应的模拟波束形成在子阵内部由每个阵元的T/R组 件移相器完成;每个子阵输出的模拟信号转化为数字 信号后，合成所需的数字波束。
相控阵雷达工作在复杂的电磁环境中，面临各类 干扰信号，会使得雷达性能下降，无法对目标进行探 测、定位和跟踪[4]。采用自适应数字波束形成技术后，雷达抗干扰的能力大大提高。实际上，相控阵雷达