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近年来,民用无人机行业发展迅速,但对于这类无人机的管控手段却相对滞后。如何有效应对非法入侵的无人机,这一问题已成为行业痛点。大部分反制无人机的手段能够有效实施的前提是可以探测无人机并对其进行定位。针对这一问题,本文设计了一种基于射频信号波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计的小型无人机定位系统,可以接收无人机发出的射频信号并估计其俯仰角和方位角。具体而言,本文的主要工作如下。1.本文提出了一种利用阵列天线和超外差接收机接收特定无人机频段信号,并利用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)进行数据采集与高速信号处理的无人机定位系统结构,并完成了整个系统的实施,该系统不仅可以实时实现DOA估计,还具备包括跳频、天线阵列校准在内的一系列功能。2.本文提出了一种DOA估计算法的硬件加速方法。具体而言,在DOA估计中涉及到特征值分解,本文针对实现特征值分解需要使用Jacobi算法,耗时较长的问题,提出了一种基于FPGA的并行Jacobi加速计算方法。传统Jacobi算法的每次迭代步骤需要使用三个坐标转换数字计算机(Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC)算法周期,本文提出的这种基于积化和差和三角变换法则并结合符号集的方法,使Jacobi算法的每次迭代步骤耗时减少到约一个CORDIC算法周期。本文提出的无人机定位系统可以对400米范围的无人机进行三维定位,角度估计均方根误差在7°以内。本文提出的特征值分解硬件实现方法是算法经典实现方法速度的3倍。