【摘要】： 在研究基于空間譜估計(jì)的閃電波達(dá)方向估計(jì)方法和硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)的背景下,比較各種高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理方法可知,DSP+FPGA的實(shí)現(xiàn)方式是最佳選擇。DSP(Digital Siginal Processors)采用一片TI公司的TMS320C6454作為數(shù)字信號(hào)處理芯片,這是系統(tǒng)的核心,也是文章研究的重點(diǎn)。FPGA(Field Programmable Gate Array)選用Altera公司Stratix2系列中的EP2S60F1020,作信號(hào)預(yù)處理和系統(tǒng)的高速數(shù)字接口。對(duì)系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理核心DSP的電路設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)方面:DSP與FLASH、DDR2 SDRAM、FPGA以及以太網(wǎng)接口等部分。 采用空間譜估計(jì)中的MUSIC(Multiple Siginal Classification)算法估計(jì)閃電波達(dá)方向。MUSIC算法在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)步驟共分為4步:協(xié)方差矩陣、特征分解、信號(hào)源數(shù)估計(jì)和譜峰搜索,協(xié)方差矩陣是在FPGA中產(chǎn)生,其它在DSP中實(shí)現(xiàn)。特征分解首先由協(xié)方差矩陣構(gòu)造一個(gè)實(shí)對(duì)稱矩陣,其次對(duì)實(shí)對(duì)稱矩陣做Householder變換得到三對(duì)角矩陣,再對(duì)三對(duì)角矩陣做Givens變換得到對(duì)角陣,即得到實(shí)對(duì)稱矩陣的特征值和特征向量,由此可得出協(xié)方差矩陣的特征值和復(fù)特征向量。利用信息論方法中的MDL(Minimum Description Length)準(zhǔn)則判斷出信號(hào)源個(gè)數(shù),再根據(jù)譜峰搜索流程找出極大值對(duì)應(yīng)的角度就是信號(hào)入射方向。 在MATLAB中產(chǎn)生模擬雷電信號(hào),比較了基于均勻線陣的MUSIC算法在MATLAB中和浮點(diǎn)DSP系統(tǒng)中DOA (Direction of Arrival)估計(jì)性能。兩者都能較正確的估計(jì)角度,偏差較小�；就瓿闪嘶诰鶆蚓�陣的MUSIC算法的硬件實(shí)現(xiàn)。下一步的主要工作是陣列和信號(hào)特征對(duì)DOA估計(jì)性能的研究。
【圖文】：

(2) 在 FPGA 里對(duì)數(shù)字信號(hào)做預(yù)處理，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)做 IQ 正交解調(diào)或者實(shí)信號(hào)預(yù)處理，降低數(shù)據(jù)速率，，然后取部分?jǐn)?shù)據(jù)做快速傅立葉(FFT)變換，在頻域判斷接收到的信號(hào)是否為閃電信號(hào)，若不是閃電信號(hào)則丟棄數(shù)據(jù)，若是閃電信號(hào)則進(jìn)行下一步運(yùn)算，產(chǎn)生 DSP 系統(tǒng)中需要的協(xié)方差矩陣。(3) FPGA 將產(chǎn)生的協(xié)方差矩陣通過(guò)主機(jī)接口(HPI)傳送到 DSP 處理器中或者外圍的存儲(chǔ)空間中。DSP 處理器首先要對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解得到特征值和特征向量，然后根據(jù)特征值的大小來(lái)判斷信號(hào)源的個(gè)數(shù)，最后利用小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量構(gòu)造的噪聲子空間與陣列流型的正交性，搜索出閃電信號(hào)的入射方向。(4) 估計(jì)得到的閃電信號(hào)的入射方向以及其中的一路閃電信號(hào)通過(guò) DSP 系統(tǒng)的以太網(wǎng)傳輸?shù)?PC 或者通過(guò) FPGA 的 PCI 總線傳輸至 PC。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文3 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第二章中系統(tǒng)方案選用了 DSP＋FPGA 的數(shù)字信號(hào)處理方案，MUSIC 算法的特征值分解、信號(hào)源個(gè)數(shù)估計(jì)以及譜峰搜索都在 DSP 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。在閃電波達(dá)方向估計(jì)中的復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)都集中在 DSP 部分，F(xiàn)PGA 只是實(shí)現(xiàn)信號(hào)預(yù)處理和高速數(shù)字接口的。故只對(duì)以 DSP 為核心的外圍電路設(shè)計(jì)做詳細(xì)的敘述。DSP 部分的外圍電路如圖 3-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TP368.11

【參考文獻(xiàn)】

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3 王延昭;;基于DSP和FPGA的信號(hào)處理平臺(tái)[J];數(shù)字通信世界;2008年05期

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本文編號(hào)：2651874