一種可級(jí)聯(lián)的波控機(jī)、波控機(jī)系統(tǒng)及波束控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可級(jí)聯(lián)的波控機(jī)、波控機(jī)系統(tǒng) 及波束控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相控陣?yán)走_(dá)天線最顯著的特點(diǎn)是天線陣面不動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)天線波束掃描，相控 陣天線波束的快速掃描和波束形狀的捷變能力是相控陣?yán)走_(dá)對(duì)工作環(huán)境、目標(biāo)環(huán)境具有高 度自適應(yīng)能力的技術(shù)基礎(chǔ)，它們的實(shí)現(xiàn)均依賴于波控機(jī)。傳統(tǒng)的波控設(shè)計(jì)方案是：當(dāng)相控陣 天線陣列單元比較少時(shí)，一般采用集中式架構(gòu)；當(dāng)相控陣天線陣列單元比較多時(shí)，一般采用 分布式架構(gòu)；就電路實(shí)現(xiàn)而言，早期的波控系統(tǒng)一般采用分立器件搭建實(shí)現(xiàn)，后來采用單片 機(jī)、DSP、FPGA來設(shè)計(jì)波控系統(tǒng)，近期又出現(xiàn)了使用定制波控1C來實(shí)現(xiàn)波控機(jī)方案的設(shè)計(jì)。 [0003] 但是集中式波控設(shè)計(jì)，在陣面單元比較大時(shí)計(jì)算量大，運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)，從而影響了波 束掃描的速度；分布式方案適合陣面單元比較多的情況，但是會(huì)帶來運(yùn)算單元設(shè)備量的大 幅度增加；分立器件搭建的波控系統(tǒng)所需設(shè)備量大，不夠靈活，很難實(shí)現(xiàn)波束的復(fù)雜計(jì)算； 單片機(jī)通常不計(jì)算波控碼，僅僅是根據(jù)接收到的波控碼布相；而DSP雖然能自己計(jì)算波控 碼，但是不能并行地對(duì)各天線通道進(jìn)行波控碼計(jì)算和布相；定制波控1C靈活性不足，通用 性和擴(kuò)展能力受限。
[0004] 隨著天線陣列單元的增加，波控機(jī)到TR組件的走線愈加復(fù)雜，移相量和幅度衰減 量的計(jì)算時(shí)間也相應(yīng)增加，現(xiàn)有波控機(jī)已不能滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種可級(jí)聯(lián)的波控機(jī)、波控機(jī)系統(tǒng)及波束控制方法，能夠 提高波控機(jī)的通用性和可擴(kuò)展能力，且運(yùn)算簡(jiǎn)單，運(yùn)算精度高。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種可級(jí)聯(lián)的波控機(jī)，包括FPGA模塊和信號(hào)處理模塊，所述FPGA模塊包括通信模 塊、配相計(jì)算模塊和TR組件控制模塊，通信模塊的輸入端連接信號(hào)處理機(jī)的輸出端，通信 模塊的輸入/輸出端連接信號(hào)處理模塊的輸入/輸出端，信號(hào)處理模塊的輸出端連接配相 計(jì)算模塊的輸入端，配相計(jì)算模塊的輸出端連接TR組件控制模塊的輸入端，TR組件控制模 塊控制連接TR組件；通信模塊用于接收并緩存信號(hào)處理機(jī)發(fā)送的控制指令，信號(hào)處理模塊 用于讀取和解析通信模塊緩存的控制指令，并將解析后的信息發(fā)送給配相計(jì)算模塊，控制 配相計(jì)算模塊工作，配相計(jì)算模塊用于根據(jù)信號(hào)處理模塊發(fā)送的信號(hào)，進(jìn)行移相量和幅度 衰減量的計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給TR組件控制模塊，TR組件控制模塊用于根據(jù)配相計(jì)算 模塊的計(jì)算結(jié)果，控制TR組件完成布相；
[0008] 波控機(jī)在工作時(shí)，首先由通信模塊接收信號(hào)處理機(jī)發(fā)送的控制指令并緩存，信號(hào) 處理模塊讀取通信模塊緩存的控制指令并解析，將解析后的信息發(fā)送給配相計(jì)算模塊，配 相計(jì)算模塊根據(jù)信號(hào)處理模塊發(fā)送的信息，進(jìn)行移相量和幅度衰減量的計(jì)算，計(jì)算完畢后， 將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到TR組件控制模塊，TR組件控制模塊根據(jù)配相計(jì)算模塊的計(jì)算結(jié)果控制TR組件完成布相。
[0009] 所述通信模塊采用以太網(wǎng)模塊和/或UART模塊，以太網(wǎng)模塊的輸入端連接信號(hào)處 理機(jī)的輸出端，以太網(wǎng)模塊的輸入/輸出端連接信號(hào)處理模塊的輸入/輸出端，UART模塊 的輸入端連接信號(hào)處理機(jī)的輸出端，UART模塊的輸入/輸出端連接信號(hào)處理模塊的輸入/ 輸出端。
[0010] 所述UART模塊包括UART單字節(jié)接收單元、FIFO緩沖單元和UART單字節(jié)發(fā)送單 元，UART單字節(jié)接收單元的輸入端包括復(fù)位信號(hào)輸入端、接收時(shí)鐘輸入端、接收串行數(shù)據(jù)流 輸入端及通信協(xié)議設(shè)置字輸入端，UART單字節(jié)接收單元的輸出端包括單字節(jié)中斷標(biāo)志輸出 端和8位并行接收數(shù)據(jù)輸出端；
[0011] FIFO緩沖單元的輸入端包括復(fù)位信號(hào)輸入端、接收時(shí)鐘輸入端、單字節(jié)中斷標(biāo)志 輸入端、8位并行接收數(shù)據(jù)輸入端和DSP讀信號(hào)輸入端，輸出端包括FIFO滿中斷信號(hào)輸出端 和緩存控制指令輸出端；
[0012] UART單字節(jié)發(fā)送單元的輸入端包括復(fù)位信號(hào)輸入端、發(fā)送時(shí)鐘輸入端、8位并行 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端、通信協(xié)議設(shè)置字輸入端，輸出信號(hào)為發(fā)送串行數(shù)據(jù)流；
[0013] UART單字節(jié)接收單元的單字節(jié)中斷標(biāo)志輸出端連接FIFO緩沖單元的單字節(jié)中斷 標(biāo)志輸入端，UART單字節(jié)接收單元的8位并行接收數(shù)據(jù)輸出端連接FIFO緩沖單元的8位 并行接收數(shù)據(jù)輸入端，F(xiàn)IFO緩沖單元的緩存控制指令輸出端連接UART單字節(jié)發(fā)送單元的8 位并行發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端，UART單字節(jié)發(fā)送單元的輸出端連接信號(hào)處理模塊的輸入端，UART 單字節(jié)發(fā)送單元的8位并行發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端還連接信號(hào)處理模塊的輸出端。
[0014] 所述配相計(jì)算模塊內(nèi)部有4個(gè)ROM查找表，分別為頻率信號(hào)查找表、波位信號(hào)查找 表、接收初相查找表和發(fā)射初相查找表，頻率信號(hào)查找表內(nèi)儲(chǔ)存的內(nèi)容為天線陣列的頻率 號(hào)信息，頻率信號(hào)查找表以頻率點(diǎn)為查表索引；波位信號(hào)查找表內(nèi)儲(chǔ)存的信息為天線陣列 的波位號(hào)信息，波位信號(hào)查找表以波位號(hào)為查表索引；接收初相查找表內(nèi)儲(chǔ)存的信息為各 接收通道的初始相位值，接收初相查找表以當(dāng)前天線陣列單元的頻率號(hào)為行索引，以當(dāng)前 天線陣列單元的編號(hào)為列索引；發(fā)射初相查找表內(nèi)儲(chǔ)存的信息為各發(fā)射通道的初始相位信 息，發(fā)射出相查找表以當(dāng)前天線陣列單元的頻率號(hào)為行索引，以當(dāng)前天線陣列單元的編號(hào) 為列索引。
[0015] 所述信號(hào)處理模塊采用DSP，DSP的輸入/輸出端通過EMIF總線連接通信模塊的 輸入/輸出端。
[0016] 還包括電源模塊，所述電源模塊包括一片LTM8023芯片、一片TPS70445芯片、兩 片LTM8023芯片、兩片LTM8023芯片、一片LTM8023芯片和6片LTM4613芯片，所述一片 LTM8023芯片和一片TPS70445芯片分別與信號(hào)處理模塊相連，兩片LTM8023芯片分別與 配相計(jì)算模塊相連，兩片LTM8023芯片分別與以太網(wǎng)模塊相連，一片LTM8023芯片和6片 LTM4613芯片分別與TR組件相連。
[0017] 所述FPGA模塊內(nèi)還設(shè)置有電源控制模塊，電源控制模塊控制連接電源模塊。
[0018] 波控機(jī)系統(tǒng)，包括η臺(tái)波控機(jī)，其中，第一臺(tái)波控機(jī)的通信模塊的輸出端連接第二 臺(tái)波控機(jī)的通信模塊的輸入端，第二臺(tái)波控機(jī)的通信模塊的輸出端連接第三臺(tái)波控機(jī)的通 信模塊的輸入端，以此類推，第η-1臺(tái)波控機(jī)的通信模塊的輸出端連接第η臺(tái)波控機(jī)的輸入 端，η= 2, 3，......。
[0019] 利用上述可級(jí)聯(lián)的波控機(jī)進(jìn)行波束控制的方法，依次包括以下步驟：
[0020] (1)通信模塊接收信號(hào)處理機(jī)發(fā)送的控制指令并緩存，緩存完畢后產(chǎn)生DSP中斷；
[0021] (2)信號(hào)處理模塊響應(yīng)中斷服務(wù)程序，通過EMIF總線讀取通信模塊內(nèi)緩存的控制 指令并解析；若控制指令為聯(lián)機(jī)指令，信號(hào)處理模塊采用EMIF總線方式將波控機(jī)的聯(lián)機(jī)應(yīng) 答信號(hào)和TR組件的故障信息寫入通信模塊，通過通信模塊向信號(hào)處理機(jī)回傳波控機(jī)的聯(lián) 機(jī)應(yīng)答信號(hào)和TR組件的故障信息；若控制指令為配相參數(shù)指令，信號(hào)處理模塊提取控制指 令中的頻率號(hào)、波位號(hào)信息，并以EMIF總線方式寫入配相計(jì)算模塊，啟動(dòng)配相計(jì)算過程；
[0022] (3)配相計(jì)算模塊進(jìn)行移相量和幅度衰減量的計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給TR組件 控制模塊。
[0023] 所述步驟（3)中，配相計(jì)算模塊內(nèi)部移相量和幅度衰減量的計(jì)算過程如下：
[0024] a、將天線陣列的頻率號(hào)信息和波位號(hào)信息依次進(jìn)行量化和放大預(yù)處理，分別存入 頻率信號(hào)查找表和波位信號(hào)查找表中；依次測(cè)量各接收通道的初始相位和各發(fā)射通道的初 始相位，將測(cè)得的各接收通道的初始相位和發(fā)射通道的初始相位信息依次進(jìn)行量化和放大 預(yù)處理，分別存入接收初相查找表和發(fā)射初相表中；
[0025] b、根據(jù)信號(hào)處理模塊提取的頻率號(hào)和波位號(hào)信息，分別查找頻率信號(hào)查找表和波 位信號(hào)查找表，獲取當(dāng)前天線陣列單元的頻率信息預(yù)運(yùn)算值和波位信息預(yù)運(yùn)算值；
[0026] c、將步驟b中得到的頻率信息預(yù)運(yùn)算值和波位信息預(yù)運(yùn)算值相乘后，再與當(dāng)前天 線陣列單元的編號(hào)i相乘，得到當(dāng)前天線陣列單元i的理想配相相位；
[0027] d、以當(dāng)前頻率號(hào)為行索引，以當(dāng)前天線陣列單元編號(hào)i為列索引，查找接收初相 查找表，得到當(dāng)前天線陣列單元的接收初始相位；
[0028] e、將步驟c得到的當(dāng)前天線陣列單元i的理想配相相位、上一天線陣列單元運(yùn)算 殘差E1和步驟d得到的當(dāng)前天線單元的接收初始相位依次進(jìn)行加法計(jì)算、四舍五入計(jì)算和 取模計(jì)算，得到當(dāng)前編號(hào)為i的天線陣列單元的接收配相碼初始值，將當(dāng)前編號(hào)為i的天線 陣列單元的接收配相碼初始值右移Q位，得到當(dāng)前編號(hào)為i的天線陣列單元的接收配相碼， Q表示系統(tǒng)數(shù)據(jù)放大倍數(shù)參數(shù)，Q的取值為頻率信號(hào)數(shù)據(jù)放大倍數(shù)參數(shù)a與波位信號(hào)數(shù)據(jù)放 大倍數(shù)參數(shù)b之和；
[0029] f、將步驟e得到的當(dāng)前天線陣列單元的接收配相碼左移Q位，并與步驟e中得到 的當(dāng)前天線陣列單元的接收配相碼初始值相減，得到當(dāng)前天線單元的運(yùn)算殘差E1 ;
[0030] g、以當(dāng)前頻率號(hào)為行索引，以當(dāng)前天線陣列