空间谱估计算法的高速实现

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阵列测向在移动通信、电子对抗、参数估计、信号识别等等领域有着广泛的应用前景。空间谱估计技术是近40年来发展起来的一门空域信号处理技术,其主要研究方向为超分辨方向估计,可以应用在阵列测向中。空间谱估计技术经过多年的发展,已经产生了大量性能优异的测向算法可资利用。典型的有MUSIC、ESPRIT、子空间拟合、多维MUSIC等。在各种空间谱估计算法中,由R.O.Schmidt提出MUSIC算法【2,3,4】是一种基于子空间分解的算法,具有高精度(其估计方差接近Cramer-Rao方差下限)和高分辨率的特性,同时也运算量大的特点。而在阵列测向在许多应用场合中,如移动通信中的空分多址的应用;电子侦察和对抗在复杂、密集的实际信号环境中的应用等,都要求做出快速的反应,面临着高速实现、小型化、低成本的要求。因此研究MUSIC算法的实时实现对于促进更广泛的应用该算法有着十分重要的意义。本文主要研究了MUSIC算法在一个八阵元的均匀圆阵阵列测向系统上的高速实现的问题:1. 研究了一种针对八阵元均匀圆阵测向系统的预处理方法,该方法将MUSIC算法的计算从复数域转换到实数域上,从而有效的减少了计算量,该预处理方法对任意的偶数阵元的对称阵列都适用。2. 通过对MUSIC算法的各个步骤的分析,分别给出各步骤的并行化处理方案。3. 研究实现MUSIC算法的DSP+FPGA、浮点运算与定点运算混合的硬件设计方案。4. 提出求解协方差矩阵的两种方案:串行处理方案和并行处理方案。在HP工作站上用SPW/HDS进行系统建模和行为级仿真;在微机上用VHDL语言进行RTL级描述、时序仿真和逻辑综合。并对两种方案的性能作出比较。5. 研究了用FPGA实现将协方差矩阵处理器得出的32位定点数转换为符合IEEE754标准的单精度浮点数格式的问题,得出了实用的方法,并给出了时序仿真和逻辑综合的结果。<WP=8>阵列测向在移动通信、电子对抗、信号识别等领域的应用对实时性要求越来越高,处理速度难以满足实际应用的需要成为了制约MUSIC算法应用的一个主要的瓶颈。本文在如何针对测向系统的特点来减少MUSIC算法计算量,以及采取多种措施来进行高速实现等方面,作了一些探索,得出了一些有益的结果
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