酉變換步進搜索求根MUSIC算法及其FPGA實現(xiàn).pdf

1、陣列天線信號處理是3G移動通信的一個重要的組成部分，是數(shù)字陣列雷達系統(tǒng)領域的主要研究內(nèi)容。波達方向估計(DOA：Direction of Arrival)是陣列天線研究中數(shù)字陣列信號處理的主要內(nèi)容，其在無線通信、電子對抗、參數(shù)估計、信號識別、信號源定位等領域有著廣泛的應用。信號子空間方法是DOA估計中既重要，又常用的方法。經(jīng)過多年的發(fā)展，信號子空間方法已經(jīng)產(chǎn)生了大量性能優(yōu)異的測向算法，典型的有MUSIC(Multiple SIgnal

2、Classification)、ESPRIT(Estimation ofSignal Parameters via Rotational Invariance Technique)等。在基于信號子空間的各種算法中，由R.O.Schmidt提出的MUSIC算法具有高精度和高分辨率的特性，但其運算量卻很大，因此在實際應用中很困難，所以如何減少其計算量，找到一種能夠快速的MUSIC算法具有十分重要的意義。
　　 本文首先研究MUSIC

3、算法及相關的改進算法；接著提出酉變換步進搜索求根MUSIC算法：該算法采用酉變換使得信號協(xié)方差矩陣特征值分解在實數(shù)域內(nèi)進行，采用了求根MUSIC算法的求根多項式進行譜峰搜索，從而使譜峰搜索的計算量得到降低；最后介紹了含前向空間平滑酉變換步進搜索求根MUSIC算法在一個八陣元均勻線陣上的FPGA實現(xiàn)問題。其中FPGA的實現(xiàn)是本文的重點內(nèi)容，而FPGA的實現(xiàn)又分為如下五大模塊：
　　 ①協(xié)方差模塊：在前向空間平滑、酉變換和復矩陣乘積

4、后獲得實對稱矩陣的過程中，采用事先計算好與實對稱矩陣各個數(shù)據(jù)相應的算式，并將該算式直接應用于電路設計中，最后使用IIR濾波器進行數(shù)據(jù)的平均，從而獲得信號協(xié)方差矩陣。
　　 ②矩陣特征值分解模塊：本文提出一種兼顧計算速度和資源占用、適合FPGA實現(xiàn)的矩陣特征值分解算法——并串結合基于CORDIC的Jacobi矩陣分解算法；該算法基于CORDIC算法的兩個模式的IP核(ROTATION模式和VECTORING模式的IP核)，在進行分

5、解時采用并串結合的方式，即在對非對角線上的元素進行消零過程中，對非對角線上的元素逐個進行掃描，而在對這些元素進行消零時所涉及的兩行兩列的計算卻是并行進行。
　　 ③反酉變換和復矩陣乘積模塊：該模塊的復矩陣乘積采用逐列計算，但每一列的計算卻采用并行計算的串并結合的方式。
　　 ④求根多項式系數(shù)的求取模塊。
　　 ⑤譜峰搜索模塊：采用查找表的方式避免正弦和余弦函數(shù)的運算，運用求根MUSIC的求根多項式進行搜索，從而大