双频多波束相控阵系统、信号处理方法、设备及存储介质与流程

本技术涉及相控阵，尤其是涉及一种双频多波束相控阵系统、信号处理方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、相控阵即相位补偿(或延时补偿)基阵，它既可用以接收，也可用以发射，可应用于卫星通信、雷达探测与电子对抗等领域。相控阵系统可同时支持多个频段的多波束独立工作。传统的单频单天线方案导致设备的天线种类繁多、布局分散、资源利用率低，已难以满足需求。多频共口径相控阵天线技术应运而生，旨在通过单一物理孔径实现多频段信号的收发与波束控制。

2、现有双频共口径相控阵天线方案中，一种方式采用多阵面拼接结构，通过多个天线阵面分别支持不同频段（如图1所示的双频独立通道架构），但多个阵面拼接导致天线口径利用率和系统集成度较低，且采用模拟多波束体制，波束灵活性和数量受到制约。另一种方式采用如图2所示的双频阵元嵌套+独立射频链路架构，为每个频段配备完全独立的共享宽带射频前端通道，虽能实现共口径下双频信号的独立收发与波束控制，但系统器件数量成倍增加，导致体积、功耗与成本显著上升；同时受限于独立通道架构，各频段的波束形成相互独立但硬件资源无法共享，难以在资源效率和波束灵活性之间取得平衡。

3、为此，如何在共口径天线架构下，实现双频段信号的独立收发及各自的多波束灵活控制并兼顾硬件资源成本，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种双频多波束相控阵系统、信号处理方法、设备及存储介质，以在共口径天线架构下，实现双频段信号的独立收发及各自的多波束灵活控制并兼顾硬件资源成本。

2、为达到上述目的，一方面，本技术实施例提供了一种双频多波束相控阵系统，包括：

3、共口径宽带天线阵面，被配置为对包含第一频段和第二频段的复合宽带射频信号进行辐射和/或接收；所述第一频段与所述第二频段的中心频率比值位于预设范围；

4、共享宽带射频前端，被配置为对所述复合宽带射频信号与复合宽带基带信号进行模拟域双向频率转换；

5、信号转换模块，被配置为对所述复合宽带基带信号与复合宽带数字信号进行模数转换和/或数模转换；

6、数字信号处理模块，被配置为在数字基带域执行所述复合宽带数字信号与所述第一频段、所述第二频段的独立基带信号流之间的双向数字频谱转换，以及对所述第一频段、所述第二频段的独立基带信号流分别进行独立的波束形成。

7、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述共口径宽带天线阵面采用差异化资源映射架构，以将所述第一频段、所述第二频段分别映射至所述共口径宽带天线阵面的不同数量的通道资源。

8、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述差异化资源映射架构满足：

9、所述第一频段映射至所述共口径宽带天线阵面的全阵元通道；

10、所述第二频段映射至所述共口径宽带天线阵面的部分子阵元通道。

11、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述数字信号处理模块被进一步配置为：

12、根据各频段映射的通道数量，动态分配数字波束形成所需的计算资源。

13、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述共口径宽带天线阵面中的阵元基于避免产生栅瓣的阵元间距上限进行排布；所述阵元间距上限基于所述第一频段与所述第二频段中的工作频率上限，以及双频段天线的扫描角上限确定。

14、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述双向数字频谱转换包括数字频谱分离和数字频谱合成；所述数字频谱分离包括：将所述复合宽带数字信号解耦为独立的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流；所述数字频谱合成包括：将独立的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流合并为所述复合宽带数字信号。

15、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述将所述复合宽带数字信号解耦为独立的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流，包括：

16、通过数字混频处理将所述复合宽带数字信号中的第一频段、第二频段分别搬移至各自的基带中心频率，得到对应的第一复数基带信号与第二复数基带信号；

17、通过数字滤波器分别滤除所述第一复数基带信号、所述第二复数基带信号中的带外干扰及频段间的保护带，得到对应的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流。

18、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述将独立的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流合并为所述复合宽带数字信号，包括：

19、将独立的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流分别进行数字频谱搬移处理，以使其恢复至原始频谱位置，得到对应的第一频段数字信号、第二频段数字信号；

20、将所述第一频段数字信号、所述第二频段数字信号在数字域进行叠加，获得复合宽带数字信号。

21、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述共享宽带射频前端采用零中频架构；所述基带模拟信号为零中频复合信号；所述模数转换包括：对所述零中频复合信号进行复数采样，以生成所述复合宽带数字信号；所述数模转换包括：对所述复合宽带数字信号进行复数域数模转换，以生成所述零中频复合信号。

22、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述共享宽带射频前端采用低中频架构；所述基带模拟信号为实数中频信号；所述模数转换包括：将所述实数中频信号采样为实数数字信号；所述数字信号处理模块被进一步配置为对所述实数数字信号进行希尔伯特变换，以生成所述复合宽带数字信号；所述数字信号处理模块还被配置为对复合宽带数字信号进行复数共轭镜像处理以生成实数数字信号，所述数模转换包括：对所述实数数字信号进行数模转换，以生成所述实数中频信号。

23、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述数字信号处理模块还被配置为：

24、获取所述共口径宽带天线阵面在不同温度及工作频点下的通道响应误差；

25、基于所述通道响应误差，生成分别针对所述第一频段、第二频段的数字预失真系数或波束权值补偿系数。

26、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述数字信号处理模块还被配置为：

27、实时监测所述第一频段与第二频段信号之间的带内互调产物，并获取所述带内互调产物的频率位置；

28、在数字滤波器中根据所述频率位置对应生成自适应陷波零点，以消除落入相邻频段带内的非线性干扰。

29、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述波束形成对应的权值，根据所述第一频段、第二频段各自的中心频率及各自独立配置的波束指向角分别计算生成。

30、本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，所述预设范围包括：1.001～1.02。

31、另一方面，本技术实施例还提供了一种信号处理方法，包括：

32、基于共口径宽带天线阵面对包含第一频段和第二频段的复合宽带射频信号进行辐射和/或接收；所述第一频段与所述第二频段的中心频率比值位于预设范围；

33、基于共享宽带射频前端对所述复合宽带射频信号与复合宽带基带信号进行模拟域双向频率转换；

34、基于信号转换模块对所述复合宽带基带信号与复合宽带数字信号进行模数转换和/或数模转换；

35、基于数字信号处理模块在数字基带域执行所述复合宽带数字信号与所述第一频段、所述第二频段的独立基带信号流之间的双向数字频谱转换，以及对所述第一频段、所述第二频段的独立基带信号流分别进行独立的波束形成。

36、本技术实施例的信号处理方法中，所述双向数字频谱转换包括数字频谱分离和数字频谱合成；所述数字频谱分离包括：将所述复合宽带数字信号解耦为独立的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流；所述数字频谱合成包括：将独立的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流合并为所述复合宽带数字信号。

37、本技术实施例的信号处理方法中，所述将所述复合宽带数字信号解耦为独立的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流，包括：

38、通过数字混频处理将所述复合宽带数字信号中的第一频段、第二频段分别搬移至各自的基带中心频率，得到对应的第一复数基带信号与第二复数基带信号；

39、通过数字滤波器分别滤除所述第一复数基带信号、所述第二复数基带信号中的带外干扰及频段间的保护带，得到对应的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流。

40、本技术实施例的信号处理方法中，所述将独立的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流合并为所述复合宽带数字信号，包括：

41、将独立的第一频段基带信号流、第二频段基带信号流分别进行数字频谱搬移处理，以使其恢复至原始频谱位置，得到对应的第一频段数字信号、第二频段数字信号；

42、将所述第一频段数字信号、所述第二频段数字信号在数字域进行叠加，获得复合宽带数字信号。

43、本技术实施例的信号处理方法中，所述共享宽带射频前端采用零中频架构；所述基带模拟信号为零中频复合信号；所述模数转换包括：对所述零中频复合信号进行复数采样，以生成所述复合宽带数字信号；所述数模转换包括：对所述复合宽带数字信号进行复数域数模转换，以生成所述零中频复合信号。

44、本技术实施例的信号处理方法中，所述共享宽带射频前端采用低中频架构；所述基带模拟信号为实数中频信号；所述模数转换包括：将所述实数中频信号采样为实数数字信号；所述数字信号处理模块被进一步配置为对所述实数数字信号进行希尔伯特变换，以生成所述复合宽带数字信号；所述数字信号处理模块还被配置为对复合宽带数字信号进行复数共轭镜像处理以生成实数数字信号，所述数模转换包括：对所述实数数字信号进行数模转换，以生成所述实数中频信号。

45、本技术实施例的信号处理方法中，所述方法还包括：

46、获取所述共口径宽带天线阵面在不同温度及工作频点下的通道响应误差；

47、基于所述通道响应误差，生成分别针对所述第一频段、第二频段的数字预失真系数或波束权值补偿系数。

48、本技术实施例的信号处理方法中，所述方法还包括：

49、实时监测所述第一频段与第二频段信号之间的带内互调产物，并获取所述带内互调产物的频率位置；

50、在数字滤波器中根据所述频率位置对应生成自适应陷波零点，以消除落入相邻频段带内的非线性干扰。

51、本技术实施例的信号处理方法中，所述波束形成对应的权值，根据所述第一频段、第二频段各自的中心频率及各自独立配置的波束指向角分别计算生成。

52、本技术实施例的信号处理方法中，所述预设范围包括：1.001～1.02。

53、另一方面，本技术实施例还提供了一种电子设备，包括：

54、至少一个处理器；以及

55、至少一个存储器，其上存储指令，所述指令当被所述至少一个处理器单独或共同执行时，使所述电子设备执行上述的方法。

56、另一方面，本技术实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储指令，其中，所述指令当被计算机设备的至少一个处理器单独或共同执行时，使所述计算机设备执行上述的方法。

57、另一方面，本技术实施例还提供了一种计算机程序产品，包括指令，其中，所述指令当被计算机设备的至少一个处理器单独或共同执行时，使计算机设备执行上述的方法。

58、由以上本技术实施例提供的技术方案可见，本技术实施例的双频多波束相控阵系统中，共口径宽带天线阵面和共享宽带射频前端构成一套覆盖双频段的统一硬件通路，使天线口径和射频链路资源得以完全复用，避免为每个频段分别部署独立硬件所带来的硬件设计复杂度和硬件成本；在此基础上，通过数字信号处理模块在数字基带域执行双向数字频谱转换，使原本在模拟域无法区分的复合宽带信号，在数字域被解耦为两路独立的基带信号流（接收时分离）或合成为一路复合信号（发射时重构），从而在同一物理孔径上实现双频段多波束的独立收发及各自多波束的灵活控制，最终实现了双频段信号的独立收发及各自的多波束灵活控制并兼顾了硬件资源成本。