本發明屬于大規模星載數字波束形成，具體涉及一種支持靈活擴展的數字波束架構形成方法。

背景技術：

1、大規模星載相控陣系統通常采用模擬波束形成、數字波束形成或混合波束形成的方式，隨著市場對衛星通信容量和靈活度的不斷提升，基于數字波束形成技術的衛星載荷產品的市場需求量急劇增加。數字波束形成技術的核心指標主要有相控陣通道數量、通道帶寬和系統波束容量，在通信體制確定的條件下，波束容量與波束數量具有正比關系。

2、大規模星載相控陣數字波束形成系統的核心技術指標為芯片處理頻率和硬件資源，通常采用并行數字處理芯片(fpga或asic等)實現。根據目前國內外技術發展，單一數字處理芯片的資源遠遠無法滿足系統需求。對于數字處理芯片而言，其資源分布對于系統a是最優的，但對于系統b通常不是。要實現系統b下的芯片資源分布最優解，就需要重新設計數字處理芯片。在衛星載荷產品領域，數字處理芯片具有研制周期長、軟件質量標準高、產品批產難度大等特點。數字處理芯片的研制不可能做到緊跟市場需求快速實現。為滿足不同的市場需求，必須將數字處理芯片設計固化，將芯片功能與系統需求解耦。

3、系統需求的差異使得系統所需芯片數量在幾百甚至上千不等，如此大規模數字處理芯片必須采用合理的系統架構進行搭建。基于fpga或asic等數字處理芯片的數字波束形成系統，考慮到無論系統的需求如何變化，數字波束形成算法沒有本質區別，僅僅是在系統規模上的調整。因此，需要提出一種以單一數字處理芯片為基本硬件單元，系統通過大規模芯片的堆疊，基于統一的系統架構開展工程實現，就成為了必須解決的技術問題。

技術實現思路

1、針對上述問題，本發明的目的是提供一種支持靈活擴展的數字波束架構形成方法，實現系統架構僅通過簡單的硬件擴展或裁減，以高效的資源利用率快速適配不同的系統需求，在縮短產品投入市場周期的同時，確保了產品批量生產的質量可靠性和一致性

2、為實現上述目的，本發明采取的技術方案包括：

3、一種支持靈活擴展的數字波束架構形成方法，包括如下步驟：

4、s1，獲取通道數量n、波束帶寬b、波束數量m和數字信號位寬w；

5、s2，明確芯片數據吞吐量t、芯片硬件資源量l和芯片處理主頻率f；

6、s3，計算得到存儲資源c和數字運算資源d；

7、具體通過式(1)計算得到存儲資源c；

8、c＝a×cw???????????????????????????????????????????(1)

9、其中，a表示存儲資源c的經驗系數，cw表示所需資源量，由式(2)計算得到；

10、

11、其中，ns表示單個芯片實現通道數量，ms表示單個芯片實現波束數量；

12、具體通過式(3)計算得到數字運算資源d；

13、d＝b×dw??????????????????????????????????????(3)

14、其中，b表示數字運算資源d的經驗系數，dw表示所需資源量，由式(4)計算得到；

15、

16、s4，通過式(5)和式(6)計算通道數字信號qc和波束數字信號qb；

17、qc＝ns×2×b×w????????????????????????(5)

18、qb＝ms×2×b×w????????????????????????(6)

19、s5，若同時滿足芯片資源條件l＞(c+d)和t＞(qc+qb)，得到的ns和ms均向上取整，得到所需芯片數量p如式(7)，最終得到支持靈活擴展的數字波束架構；

20、p＝(n/ns)×(m/ms)???????????????????(7)

21、反之重復s3—s5，直到滿足所述芯片資源條件。

22、優選的，a取值為1.5。

23、優選的，b取值為1.25。

24、一種支持靈活擴展的數字波束架構，由本申請公開的支持靈活擴展的數字波束架構形成方法制得。

25、與現有技術相比，本發明的優點為：

26、(1)本發明的一種支持靈活擴展的數字波束架構形成方法，將市場需求的快速變化與數字處理芯片的研制解耦，采用單一數字處理芯片為數字波束形成系統的基本算力，通過大規模芯片堆疊的方式，實現系統架構僅通過簡單的硬件擴展或裁減，以高效的資源利用率快速適配不同的系統需求，在縮短產品投入市場周期的同時，確保了產品批量生產的質量可靠性和一致性。

27、(2)本發明的一種支持靈活擴展的數字波束架構形成方法，在大規模星載相控陣數字波束形成系統領域，打破了傳統研制思維和設計理念，不再針對各個系統分別獨立論證并設計數字處理芯片，而是根據各系統指標需求和所用芯片的實際功能，用系統指標去適配芯片能力，繼而在統一的系統架構下，實現了對任意數字波束形成系統的靈活擴展。

28、(3)本發明的一種支持靈活擴展的數字波束架構形成方法，加快了系統設計人員對系統的架構設計，對于大規模星載相控陣系統，能夠逐步形成一種通用系統模板，并以此為基礎，快速構建整個衛星系統的研制框架。

技術特征：

1.一種支持靈活擴展的數字波束架構形成方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權利要求1所述的支持靈活擴展的數字波束架構形成方法，其特征在于，a取值為1.5。

3.如權利要求1所述的支持靈活擴展的數字波束架構形成方法，其特征在于，b取值為1.25。

4.一種支持靈活擴展的數字波束架構，其特征在于，由權利要求1-3任一所述的支持靈活擴展的數字波束架構形成方法制得。

技術總結
一種支持靈活擴展的數字波束架構形成方法，將市場需求的快速變化與數字處理芯片的研制解耦，采用單一數字處理芯片為數字波束形成系統的基本算力，通過大規模芯片堆疊的方式，實現系統架構僅通過簡單的硬件擴展或裁減，以高效的資源利用率快速適配不同的系統需求，在縮短產品投入市場周期的同時，確保了產品批量生產的質量可靠性和一致性。打破了傳統研制思維和設計理念，根據各系統指標需求和所用芯片的實際功能，用系統指標去適配芯片能力，實現對任意數字波束形成系統的靈活擴展。加快了系統設計人員對系統的架構設計，對于大規模星載相控陣系統，能夠逐步形成一種通用系統模板，并以此為基礎，快速構建整個衛星系統的研制框架。

技術研發人員：王澤錕,張寧,張靜宇,張璐,孫重磊,張笑語
受保護的技術使用者：西安空間無線電技術研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24