在研究基于空间谱估计的闪电波达方向估计方法和硬件实现技术的背景下,比较各种高速实时数字信号处理方法可知,DSP+FPGA的实现方式是最佳选择。DSP(Digital Siginal Processors)采用一片TI公司的TMS320C6454作为数字信号处理芯片,这是系统的核心,也是文章研究的重点。FPGA(Field Programmable Gate Array)选用Altera公司Stratix2系列中的EP2S60F1020,作信号预处理和系统的高速数字接口。对系统数字信号处理核心DSP的电路设计主要有以下几个方面:DSP与FLASH、DDR2 SDRAM、FPGA以及以太网接口等部分。采用空间谱估计中的MUSIC(Multiple Siginal Classification)算法估计闪电波达方向。MUSIC算法在系统中实现步骤共分为4步:协方差矩阵、特征分解、信号源数估计和谱峰搜索,协方差矩阵是在FPGA中产生,其它在DSP中实现。特征分解首先由协方差矩阵构造一个实对称矩阵,其次对实对称矩阵做Householder变换得到三对角矩阵,再对三对角矩阵做Givens变换得到对角阵,即得到实对称矩阵的特征值和特征向量,由此可得出协方差矩阵的特征值和复特征向量。利用信息论方法中的MDL(Minimum Description Length)准则判断出信号源个数,再根据谱峰搜索流程找出极大值对应的角度就是信号入射方向。在MATLAB中产生模拟雷电信号,比较了基于均匀线阵的MUSIC算法在MATLAB中和浮点DSP系统中DOA (Direction of Arrival)估计性能。两者都能较正确的估计角度,偏差较小。基本完成了基于均匀线阵的MUSIC算法的硬件实现。下一步的主要工作是阵列和信号特征对DOA估计性能的研究。