基于時空二維MUSIC算法的DOA估計及其硬件實現(xiàn)方法研究.pdf

1、本文采用14個陣元組成的均勻線陣作為天線陣列模型，以時空二維 MUSIC算法以及測距原理為理論，對測頻測向設備的實現(xiàn)進行了研究。
　　首先，使用 Matlab進行了仿真。從仿真結果中得到了時空二維 MUSIC算法在均勻線陣模型下的角度分辨率，確定了影響測距和測向精度的參數(shù)。驗證了此方案在給定模型、參數(shù)下理論上的可行性。
　　其次，為了進行硬件實現(xiàn)，對時空二維MUSIC算法進行了降維處理。首先對得到的差頻信號做1024點FFT

2、變換，得到1024個頻點，接著對需要的頻點用一維MUSIC算法進行處理。在對一維MUSIC算法的實現(xiàn)過程中，將它分成了協(xié)方差矩陣的估計、特征值分解、目標信號個數(shù)估計和譜峰搜索四個模塊。
　　降維處理后的時空二維MUSIC算法雖然避免了在頻率、方向上同時進行搜索，但是計算量仍然很大，算法實現(xiàn)復雜。針對此問題，本文最終選擇FPGA和DSP協(xié)作作為硬件實現(xiàn)方案。FFT變換、協(xié)方差矩陣的估計數(shù)據(jù)量大，且很規(guī)則，因此由 FPGA完成。而協(xié)方

3、差矩陣的特征值分解、目標信號個數(shù)估計、譜峰搜索的實現(xiàn)過程復雜，因此在DSP中完成。為了滿足實時性的要求，同時也基于芯片資源和處理速度的考慮，本設計的FPGA芯片選用了Altera的Arria V，DSP芯片采用了TI的TMS320C6455芯片。DSP與FPGA之間主要通過EMIFA接口進行通信。
　　FPGA部分采用了乒乓操作、流水線、狀態(tài)機等方法來進行控制和提高算法的處理速度，并且考慮到該設計對實時性要求很高，多數(shù)情況下犧牲面

4、積來換取速度。由于特征值的分解、信號源個數(shù)的估計方法很多，因此，對各處理算法進行了分析，在保證能達到要求的精度和分辨率的前提下，DSP部分選出了最適合的方案。比如，信號源個數(shù)這一參數(shù)的獲得采用MDL準則完成，協(xié)方差矩陣的分解采用QR算法完成。
　　各部分算法、硬件之間相互配合，F(xiàn)PGA部分給出了 FFT變換和得到的協(xié)方差矩陣部分的SigtapII的測試結果，DSP部分給出了實現(xiàn)算法的流程圖。所有算法的實現(xiàn)都在器件上做了測試，能夠成