一种基于FPGA的星地通信卫星接收时域波束形成器的制作方法

技术特征：
1.一种基于fpga的星地通信卫星接收时域波束形成器，其特征在于：设ad输入个数为n 1，星下点权值共轭波束组数为m 1，星下点波束个数为2(m 1)；所述时域波束形成器包括n 1个ad截位控制器、n 1个希尔伯特变换器、一个波束权值表、一个对外总线处理器以及m 1个波束形成核心处理单元；第u个ad截位控制器的输入端连接第u个外部ad输入，用于对第u个外部ad输入数据的位宽进行截位控制，将截位控制后的ad数据输出至第u个希尔伯特变换器，所述截位控制后的ad数据的位宽bit_with与第u个希尔伯特变换器输入位宽一致；u∈[0,n]；所述第u个ad截位控制器控制端与对外总线处理器连接，对外总线处理器用于调整ad截位控制器的截位lsb；第u个希尔伯特变换器对第u个ad截位控制器输出的ad数据进行希尔伯特滤波，得到信号同相分量i
u
，u∈[0,n]和正交分量q
u
，u∈[0,n]，输出至各个波束形成核心处理单元；波束权值表提供m 1组波束权值，第v组波束权值包括同相权值a
u,v
和正交权值b
u,v
，其中a
u,v
和b
u,v
输出给第v个波束形成核心处理单元中的第u个共轭复数乘法器；v∈[0,m]；每个波束形成核心处理单元均包括n 1个共轭复数乘法器、第一阵列加法器、第二阵列加法器、第一输出缓冲fifo以及第二输出缓冲fifo；第v个波束形成核心处理单元中的第u个共轭复数乘法器根据波束权值对第u个希尔伯特变换器输出的信号同相分量i
u
和正交分量q
u
进行共轭复数乘法运算，输出原始支路计算结果(a
u,v
i
u-b
u,v
q
u
) i(a
u,v
q
u
b
u,v
i
u
)和共轭支路的计算结果(a
u,v
i
u
b
u,v
q
u
) i(a
u,v
q
u-b
u,v
i
u
)；第v个波束形成核心处理单元中所有共轭复数乘法器输出的原始支路计算结果在第一阵列加法器中累加得到原始波束s
v
，并输出至第一输出缓冲fifo；第一输出缓冲fifo对原始波束s
v
进行缓冲存储并对外输出；第v个波束形成核心处理单元中所有共轭复数乘法器输出的共轭支路的计算结果在第二阵列加法器中累加得到共轭波束s
v
(conj)，并输出至第二输出缓冲fifo；第二输出缓冲fifo对原始波束s
v
进行缓冲存储并对外输出。2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的星地通信卫星接收时域波束形成器，其特征在于：所述波束权值表与对外总线处理器连接，所述对外总线处理器接收外部总线指令与数据，进行处理后输出控制信号，以调整ad截位控制器的截位lsb和波束权值表。3.根据权利要求1所述的一种基于fpga的星地通信卫星接收时域波束形成器，其特征在于：ad截位控制器截位控制后的ad数据位宽区间为[lsb bit_with-1:lsb]。4.根据权利要求1所述的一种基于fpga的星地通信卫星接收时域波束形成器，其特征在于：所述希尔伯特变换器使用滤波器系数为{-882,0,-1469,0,-4411,0,4411,0,1469,0,882}的11阶fir滤波器搭建。5.根据权利要求1所述的一种基于fpga的星地通信卫星接收时域波束形成器，其特征在于：每个共轭复数乘法器均包括混合乘法器、第一蝶形运算器和第二蝶形运算器；所述混合乘法器用于将波束权值与希尔伯特变换器输出的信号同相分量和正交分量进行乘法运算，运算结果输出给蝶形运算器；第一蝶形运算器根据混合乘法器的运算结果进行共轭同向支路、原始同向支路波束计算，得到共轭同向支路、原始同向支路计算结果；第二蝶形运算器根据混合乘法器的运算结果进行原始正交支路、共轭正交支路波束计
算，得到原始正交支路、共轭正交支路计算结果；原始同向支路和原始正交支路构成共轭支路计算结果输出；共轭同向支路和共轭正交支路构成共轭支路计算结果输出。6.根据权利要求5所述的一种基于fpga的星地通信卫星接收时域波束形成器，其特征在于：所述混合乘法器，包括前级寄存器、乘法器、次级寄存器；第v个波束形成核心处理单元中的第u个共轭复数乘法器的混合乘法器中，前级寄存器分别用于存储(a
u,v
,i
u
)、(b
u,v
,q
u
)、(a
u,v
,q
u
)、(b
u,v
,i
u
)，乘法器对上述存储结果进行乘法运算，得到a
u,v
i
u
、b
u,v
q
u
、a
u,v
q
u
、b
u,v
i
u
，存储于次级寄存器中，在下一个时钟来临时，将a
u,v
i
u
、b
u,v
q
u
、a
u,v
q
u
、b
u,v
i
u
输出至第一蝶形运算器和第二蝶形运算器。7.根据权利要求6所述的一种基于fpga的星地通信卫星接收时域波束形成器，其特征在于：所述第一蝶形运算器，包括第一加法器，第一减法器和第一末级寄存器；第v个波束形成核心处理单元中的第u个共轭复数乘法器的第一蝶形运算器中，第一加法器的两个输入端接收次级寄存器输出的a
u,v
i
u
和b
u,v
q
u
，得到a
u,v
i
u
b
u,v
q
u
输出至第一末级寄存器中存储；第一减法器的两个输入端接收次级寄存器输出的a
u,v
i
u
和b
u,v
q
u
，得到a
u,v
i
u-b
u,v
q
u
输出至第一末级寄存器中存储；在下一个时钟来临时，第一末级寄存器输出输出共轭同向支路计算结果a
u,v
i
u
b
u,v
q
u
以及原始同向支路计算结果a
u,v
i
u-b
u,v
q
u
。8.根据权利要求7所述的一种基于fpga的星地通信卫星接收时域波束形成器，其特征在于：所述第二蝶形运算器，包括第二加法器，第二减法器和第二末级寄存器；第v个波束形成核心处理单元中的第u个共轭复数乘法器的第二蝶形运算器中，第二加法器的两个输入端接收次级寄存器输出的a
u,v
q
u
、b
u,v
i
u
，得到a
u,v
q
u
b
u,v
i
u
输出至第二末级寄存器中存储；第二减法器的两个输入端接收次级寄存器输出的a
u,v
q
u
和b
u,v
i
u
，得到a
u,v
q
u-b
u,v
i
u
输出至第二末级寄存器中存储；在下一个时钟来临时，第二末级寄存器输出原始正交支路计算结果b
u,v
i
u
a
u,v
q
u
以及共轭正交支路计算结果a
u,v
q
u-b
u,v
i
u
。9.根据权利要求8所述的一种基于fpga的星地通信卫星接收时域波束形成器，其特征在于：第v个波束形成核心处理单元输出的原始波束满足10.根据权利要求9所述的一种基于fpga的星地通信卫星接收时域波束形成器，其特征在于：第v个波束形成核心处理单元输出的共轭波束满足

技术总结
本发明涉及一种基于FPGA的星地通信卫星接收时域波束形成器，在AD输入个数为n 1，星下点权值共轭波束组数为m 1，星下点波束个数为2(m 1)时，时域波束形成器包括n 1个AD截位控制器、n 1个希尔伯特变换器、一个波束权值表、一个对外总线处理器以及m 1个波束形成核心处理单元。本发明采取希尔伯特变换器代替正交混频 带通滤波进行正交分解，实现每个AD通道，至少减少2个乘法器。利用星下点波束权值共轭特点，在时域进行处理，波束形成FPGA乘法器减少一半。使用外部总线定时刷新配置权值列表和AD截位控制的方式，代替传统三模冗余设计，保证防单粒子效应设计可靠的前提下，实现资源占用最小化。小化。小化。


技术研发人员：赵汉城 王康 任文 崔鹤 闫旭 许伟 李文君 姜丽 杨磊 韦冬梅
受保护的技术使用者：航天恒星科技有限公司
技术研发日：2022.03.22
技术公布日：2022/7/15