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在军事通信和民用通信的许多场合,都需要估计无线电信号的方向(DOA)。信号子空间方法是阵列测向方法中非常重要的一类。1979年Schmidt提出的MUSIC算法是信号子空间方法的基础,具有高精度和高分辨的性能。但是由于算法的复杂性,至今难以做到实时实现。本课题正是在针对这个难题而展开研究工作的。
本文所研究的信号子空间算法是MUSIC算法,针对的阵列测向系统为八阵元的均匀线阵。全文主要内容有:
(1)本文针对现有基于FPGA实现八阶矩阵特征值分解(EVD)的算法的不足,提出了基于Systolic阵列结构的并行性更好的MP-Jacobi算法,并利用AccelDSP软件验证了算法的可行性。
(2)本文给出基于MP-Jacobi算法的八阶矩阵EVD模块框图,采用Verilog语言进行RTL级描述,并进行功能仿真和时序仿真;在建立FPGA硬件测试模型后,在开发板上进行硬件测试。
(3)本文给出MUSIC算法中协方差模块和谱峰搜索模块的FPGA解决方案,给出了硬件实现框图,用VHDL语言进行了软件仿真,并互连调试了MUSIC算法的各个模块。
MP-Jacobi算法单次扫描的时间只有原算法的1/3,并且增加了扫描的并行性,大大有利于高阶矩阵EVD的扩展。当采用了Straix系列的FPGA实现MUSIC算法时,运算时间在12us左右。与基于PDSP设计的MUSIC处理器相比,时间减少2个数量级,与国外基于FPGA设计的MUSIC处理器相比,在使用相同器件时时间也要减少一半。