一种数字波束合成装置、方法和存储介质制造方法及图纸

本申请涉及一种数字波束合成装置、方法和存储介质，其中，该数字波束合成装置包括：控制合成单元，分别与控制合成单元通信连接的缓冲单元及转化分配单元；转化分配单元，用于将目标信号转化为数字信号，并根据数字信号的频率对数字信号的数据进行分配，得到阵元信号数据；控制合成单元，用于将阵元信号数据写入缓冲单元，还用于获取缓冲单元中由阵元信号数据合成的数据块，对数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号，将波束合成信号输出至缓冲单元。通过本申请，实现了对相控阵馈源的数据进行实时接收和波束合成。行实时接收和波束合成。行实时接收和波束合成。

【技术实现步骤摘要】
一种数字波束合成装置、方法和存储介质


[0001]本申请涉及天文相控阵馈源领域，特别是涉及一种数字波束合成装置、方法和存储介质。

技术介绍

[0002]天文相控阵馈源（Phased Array Feed, PAF）及其终端技术是新兴的竞争前沿，是支撑重大科学突破的必然选择。PAF由紧密排列的接收单元（阵元）组成，通过波束合成对各个阵元的信号进行加权求和，调控各个阵元的幅度和相位，使得合成的波束相互交叠、相位中心紧密相邻，从而对焦平面区域进行完全采样，实现连续的大视场覆盖以提高巡天效率，解决了焦平面阵列因馈源分立而不能实现真正意义上的连续大视场的问题。
[0003]波束合成是PAF系统的核心技术，也是影响整个PAF系统灵敏度、系统噪声以及观测效率的关键因素。在实际观测中，由于PAF的接收单元很多，将每个单元的数据存储下来后进行处理的波束合成方法需要消耗大量的存储资源，因此需要能够在观测中实时地进行波束合成。现有的实时数字波束合成技术大都基于FPGA实现，但FPGA编程复杂度高且不利于拓展，因此无法对相控阵馈源的数据进行实时接收和波束合成。
[0004]针对相关技术中存在无法对相控阵馈源的数据进行实时接收和波束合成的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0005]在本实施例中提供了一种数字波束合成装置、方法和存储介质，以解决相关技术中无法对相控阵馈源的数据进行实时接收和波束合成的问题。
[0006]第一个方面，在本实施例中提供了一种数字波束合成装置，所述装置包括：控制合成单元，分别与所述控制合成单元通信连接的缓冲单元及转化分配单元；所述转化分配单元，用于将目标信号转化为数字信号，并根据所述数字信号的频率对所述数字信号的数据进行分配，得到阵元信号数据；所述控制合成单元，用于将所述阵元信号数据写入所述缓冲单元，还用于获取所述缓冲单元中的由阵元信号数据合成的数据块，对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号，将所述波束合成信号输出至所述缓冲单元。
[0007]在其中的一些实施例中，所述装置还包括：相控阵接收单元，所述相控阵接收单元与所述转化分配单元通信连接；所述相控阵接收单元用于接收电磁波信号，并将所述电磁波信号转化为所述目标信号。
[0008]在其中的一些实施例中，所述缓冲单元包括输入环形缓冲区和输出环形缓冲区；所述输入环形缓冲区，用于接收所述控制合成单元发送的所述阵元信号数据，还用于传输所述数据块至所述控制合成单元；所述输出环形缓冲区，用于获取所述控制合成单元发送的波束合成信号。
[0009]在其中的一些实施例中，所述装置还包括硬盘，所述硬盘与所述控制合成单元通信连接；所述硬盘，用于接收并存储所述输出环形缓冲区发送的波束合成信号。
[0010]第二个方面，在本实施例中提供了一种数字波束合成方法，所述方法包括：获取转化分配单元发送的阵元信号数据，将阵元信号数据写入输入环形缓冲区；获取输入环形缓冲区中由阵元信号数据合成的数据块，并对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号；发送所述波束合成信号至输出环形缓冲区，以使所述输出环形缓冲区实时输出波束合成信号。
[0011]在其中的一些实施例中，所述获取所述转化分配单元发送的阵元信号数据，将所述阵元信号数据写入所述输入环形缓冲区，包括：对所述转化分配单元发送的阵元信号数据的数据包进行解析，并将解析后的数据按照预设的频率序列写入所述输入环形缓冲区。
[0012]在其中的一些实施例中，所述获取所述输入环形缓冲区中由阵元信号数据合成的数据块，并对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号，包括：获取波束合成因子及不同频率通道的信号；将所述不同频率通道的信号与所述波束合成因子进行处理得到波束合成信号。
[0013]在其中的一些实施例中，所述获取波束合成因子，包括：获取相控阵接收单元中的信号源信号及噪声信号，得到所述信号源信号及所述噪声信号的协方差矩阵；计算所述信号源信号与所述噪声信号的协方差矩阵的比值；当所述比值在预设范围内时，确定所述比值为所述波束合成因子。
[0014]在其中的一些实施例中，所述将所述不同频率通道的信号与所述波束合成因子进行处理得到波束合成信号，包括：获取所述相控阵接收单元发送的数据中单通道的数据矩阵，多个所述单通道的数据矩阵的集合为总数据矩阵；将所述单通道的数据矩阵的数据通过所述波束合成因子进行加权合成为波束信号数据，并得到加权矩阵；计算所述总数据矩阵与所述加权矩阵的乘积，即为所述波束合成信号。
[0015]第三个方面，在本实施例中提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第二个方面所述的数字波束合成方法。
[0016]与相关技术相比，在本实施例中提供的一种数字波束合成装置、方法和存储介质，通过获取转化分配单元发送的阵元信号数据，将阵元信号数据写入输入环形缓冲区；获取输入环形缓冲区中由阵元信号数据合成的数据块，并对数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号；发送波束合成信号至输出环形缓冲区，以使输出环形缓冲区实时输出波束合成信号，实现了对相控阵馈源的数据进行实时接收和波束合成。
[0017]本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
[0018]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1是本实施例的一种数字波束合成装置的示意图；图2是单个频率通道合成单个波束的示意图；图3是本实施例的另一种数字波束合成装置的示意图；图4是本实施例的另一种数字波束合成装置的示意图；图5是本申请实施例一种数字波束合成装置的结构框图；图6是本实施例的数字波束合成方法的流程图。
[0019]附图标记说明：1、控制合成单元；2、缓冲单元；3、转化分配单元；21、输入环形缓冲区；22、输出环形缓冲区；4、相控阵接收单元；5、硬盘。
具体实施方式
[0020]为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。
[0021]除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属
具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块（单元）的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块（单元），而可包括未列出的步骤或模块（单元），或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块（单元）。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字波束合成装置，其特征在于，所述装置包括：控制合成单元，分别与所述控制合成单元通信连接的缓冲单元及转化分配单元；所述转化分配单元，用于将目标信号转化为数字信号，并根据所述数字信号的频率对所述数字信号的数据进行分配，得到阵元信号数据；所述控制合成单元，用于将所述阵元信号数据写入所述缓冲单元，还用于获取所述缓冲单元中由阵元信号数据合成的数据块，对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号，将所述波束合成信号输出至所述缓冲单元。2.根据权利要求1所述的数字波束合成装置，其特征在于，所述装置还包括：相控阵接收单元，所述相控阵接收单元与所述转化分配单元通信连接；所述相控阵接收单元，用于接收电磁波信号，并将所述电磁波信号转化为所述目标信号。3.根据权利要求1所述的数字波束合成装置，其特征在于，所述缓冲单元包括输入环形缓冲区和输出环形缓冲区；所述输入环形缓冲区，用于接收所述控制合成单元发送的所述阵元信号数据，还用于传输所述数据块至所述控制合成单元；所述输出环形缓冲区，用于获取所述控制合成单元发送的波束合成信号。4.根据权利要求3所述的数字波束合成装置，其特征在于，所述装置还包括硬盘，所述硬盘与所述控制合成单元通信连接；所述硬盘，用于接收并存储所述输出环形缓冲区发送的波束合成信号。5.一种数字波束合成方法，其特征在于，所述方法包括：获取转化分配单元发送的阵元信号数据，将阵元信号数据写入输入环形缓冲区；获取所述输入环形缓冲区中由阵元信号数据合成的数据块，并对所述数据块进行波束合成计算，得到波束合成信号；发送所述波束合成信号至输出环形缓冲区，以使所述输出环形缓冲区实时输...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钰，朱世强，陈光，吴富，段然，李菂，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：