论文摘要
随着电磁环境的日益恶化,以及低检测概率、低截获概率等通信技术的广泛应用,往往需要在较大的带宽内同时对多个信号进行处理,才能够在大量信号中找到有用信号,因此对空间谱估计算法的时效性也提出了更高的要求。本文研究了空间谱快速算法及实现问题,通过改进算法减少计算量,并合理利用硬件平台,将快速测向算法在FPGA+DSP平台上联合实现。本文的主要内容如下:1、研究了基于直线阵的空间谱估计快速算法。针对MUSIC等测向算法大多需要特征分解和谱峰搜索,计算量较大的问题,给出了一种基于传播算子的Root-MUSIC算法,该算法避免了经典MUSIC算法中的特征分解和谱峰搜索,大大减小了计算复杂度;针对该算法存在低信噪比时性能下降严重的缺陷,给出了一种新的快速Root-MUSIC算法,新算法由协方差矩阵直接估计出信号子空间,无需特征分解和谱峰搜索,减小了计算量,同时在低信噪比条件下也能达到较好的测向性能。上述两种算法在损失一定性能的前提下大大减少了计算量,提高了测向时效性。2、研究了基于均匀圆阵的空间谱估计快速算法。首先介绍了基于相位模式激励的实值波束空间的MUSIC算法,该算法在阵元数目较大时能够在很大程度上降低计算量,但仍需二维谱峰搜索;在此基础上介绍一种无需二维谱峰搜索的快速测向算法:UCA-ESPRIT算法,但该算法受到阵列孔径及阵元个数的限制,针对此缺陷,本文在傅里叶域的Root-MUSIC算法基础上给出了一种二维快速测向算法,它无需谱峰搜索,计算量相比于经典MUSIC算法大大减小,同时克服了UCA-ESPRIT算法性能受阵列孔径和阵元个数限制的缺点,为了进一步减小算法中多项式求根的计算量,用一种线性搜索的方法来代替多项式求根。3、研究了线性搜索算法的快速实现。分析了在编程实现过程中需要考虑的数据量化误差、运算误差及算法的定点编程实现流程;利用MATLAB对算法的各个部分进行定点仿真,根据定点仿真的结果,分别设计了算法各部分进行定点运算FPGA实现结构,并给出了初步的资源和性能评估。4、在FPGA+DSP硬件平台上编程实现了线性搜索算法。首先对快速测向处理平台的各个部分进行简要介绍;其次,对算法进行了任务分配,给出了算法在硬件中的详细实现流程;针对线性搜索算法的实现步骤,进行了FPGA及DSP编程仿真和实现,包括:协方差矩阵的计算、特征分解及信源个数判断、多项式系数求解和多项式求根的编程实现。仿真结果验证了本设计的正确性。最后给出了总体资源的需求和性能评估。