阵列测向算法的快速实现技术研究

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随着无线电技术的发展,估计辐射源的波达方向(DOA),不论是对军事应用还是民用,都有十分重要的意义。利用阵列信号处理技术测向因其多信号测向能力、超分辨、高精度和高灵敏度等特点而受到广泛的重视。经过多年的发展,产生了大量性能优秀的算法,比如经典的ESPRIT算法、子空间拟合算法、MUSIC算法等。将一维测向算法推广到二维,又产生了大量的基于阵列测向的二维空间谱估计算法。这些算法有着优异的性能,但是运算过程也十分复杂,不仅运算量大,还包含着大量的非线性运算,这使得算法的实时性难以满足实际应用要求。所以,研究阵列测向技术在硬件平台的快速实现,具有十分重要的意义。本文主要研究了阵列测向算法在FPGA测向系统的实现问题,具体内容如下:针对阵列测向算法对信号的要求,研究了多通道校正和多通道同步的FPGA实现问题,进行了算法仿真和硬件测试。结果表明,处理后的信号基本满足阵列测向算法的要求。针对现有基于FPGA实现复数矩阵特征值分解(EVD)需要先将复数矩阵转换为实数矩阵的缺点,提出了基于CORDIC-JACOBI算法的复共轭对称矩阵的特征值分解算法。在完成了算法推导的基础上,进行了算法仿真,并给出了性能分析。本文在算法推导和仿真的基础上,给出了六阶复共轭对称矩阵的EVD模块框图,利用System Generator进行了硬件实现,完成了功能仿真和时序仿真,并进行了测试。最后,提出了改进的MUSIC零谱计算方法,节省了FPGA资源,提高了使用灵活性。在此基础上,本文针对经典的MUSIC算法进行了实现,完成了硬件仿真,并在FPGA阵列信号处理系统上进行了硬件测试。
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