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《西安电子科技大学》 2017年
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基于快速特征值分解的空间谱估计算法实现技术研究

冯佐云  
【摘要】:DOA估计作为阵列测向技术的一个基本研究内容在雷达、通信、声呐、地震勘测及射电天文等军事与民用领域有着极为广泛的应用。DOA估计是对空间中某一区域存在的多个感兴趣信号空间位置进行确定的一项技术。在近四十年来的发展中,DOA估计领域涌现出了众多性能优良的高分辨算法,其中R.O.Schmidt等人于1979年提出的MUSIC算法因其在特定场合下具有的高分辨力、高估计精度、高稳定性三大特点而受到广泛应用。然而移动通信、电子侦查、电子对抗等对阵列测向的实时性有着极高要求,同时MUSIC算法运算过程复杂,需要进行矩阵的特征值分解,其中包含大量非线性运算,因此MUSIC算法的快速实现成为了当前阵列测向技术方面的一大难题。而近些年来,FPGA技术得到了长足发展,为MUSIC算法的快速实现打下了坚实基础。在此背景下,本文立足于基于缺省数据的窄带调频信号的DOA估计方法研究的项目支持,对基于FPGA的4阵元均匀线阵实时测向系统实现进行了研究,具体工作如下:1.针对EVD模块中CORDIC计算单元旋转模式迭代次数过多的问题,率先在EVD模块计算中引入MAR CORDIC算法,同时提出了针对MAR CORDIC算法模值修正时伸缩因子不稳定问题的解决方案,并使用Verilog语言进行了RTL级描述,完成了MAR CORDIC算法与传统CORDIC算法的综合与仿真。2.利用Jacobi算法的并行特点,对基于BLV阵列结构与MAR CORDIC算法的改进型EVD模块实现方案进行了研究,完成了主对角线处理单元、非主对角线处理单元以及特征向量计算单元的设计,并使用Verilog语言进行了RTL级描述,完成了4?4矩阵EVD模块的综合与仿真,提升了EVD模块的计算速度。3.对协方差模块与谱峰搜索模块使用Verilog语言进行了RTL级描述,并完成了综合与仿真。4.对FPGA实现MUSIC算法的三个模块进行了互连调试,完成了基于全定点的MUSIC算法RTL级实现。整个项目基于Xilinx的Virtex-5系列的XC5VSX95T与ISE 14.4软件开发系统进行设计,其中4?4矩阵EVD模块在110MHz的最大时钟频率下计算时间为1.3μs,在保证精度情况下短于目前国内外绝大多数4?4矩阵EVD计算时间。MUSIC算法的实现时间为6.5μs,较基于DSP的MUSIC专用处理器实现时间减少3个数量级,同样快于目前大多数同类型的MUSIC算法FPGA实现方案。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN911.7

【参考文献】
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