基于FPGA的子空间分解方位估计算法的实现研究

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以MUSIC算法为代表的基于子空间分解的方位估计算法,利用了信号子空间和噪声子空间的正交特性,比起传统方位估计算法具有超高的分辨能力。然而在实际应用中由于子空间分解类算法需要进行特征分解运算,在DSP等处理芯片上的实现难以满足实时性的要求,为此研究了基于FPGA实现的快速小型化特征分解实现,本文对特征值分解算法和并行计算特性进行了深入研究,并在BLV并行阵列结构上提出了一种改进方案。论文所做的主要工作如下:深入研究了用于特征分解的Jacobi分解算法,针对特征分解需要进行反正切求角计算和旋转计算,设计了基于CORDIC的计算单元,对CORDIC单元收敛性和计算精度进行了研究,完成了两种计算模块的设计并进行了仿真及误差分析。对特征分解并行BLV结构从计算时间和资源使用方面进行了详细分析,针对这种结构的资源利用效率不高,同时为解决其对资源的需求随着矩阵维数增大而平方倍增加的问题,提出了一种流水线形式的改进结构,将改进结构同并行BLV结构在计算时间、资源消耗和单位面积计算效率等方面进行了对比分析,并在FPGA上实现了两种结构的4阶矩阵分解,对比说明了改进结构的效果。完成了特征分解计算的时序仿真和综合,从仿真结果和综合报告看出,改进结构在计算时间增加6%的条件下,能减少51.8%的资源使用,单位面积的计算效率是并行BLV结构的1.957倍。
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