空間譜估計(jì)又被稱為波達(dá)方向(Direction Of Arrival,DOA)估計(jì),是陣列信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵問題,其應(yīng)用深入到了諸多軍用和民用領(lǐng)域,如聲納、通信等。而L型陣列是常用的二維DOA估計(jì)陣列,結(jié)構(gòu)簡單且容易實(shí)現(xiàn),在實(shí)際中應(yīng)用廣泛。因此,本文開展L型陣列下二維DOA估計(jì)算法研究,選題具有理論意義和實(shí)際價(jià)值。工作如下:(1)針對(duì)非均勻L型陣列下的二維空間譜估計(jì)復(fù)雜度過高的問題,提出了多重信號(hào)分類(Multiple Signal Classification,MUSIC)類算法、CAPON類算法和譜峰搜索傳播算子(Propagator Method,PM)類算法。提出的三種算法無需進(jìn)行運(yùn)算量較大的二維譜峰搜索,采用級(jí)聯(lián)的一維搜索實(shí)現(xiàn)二維DOA的聯(lián)合估計(jì),大大降低了計(jì)算復(fù)雜度,同時(shí)角度估計(jì)性能非常接近相應(yīng)的二維DOA算法。(2)針對(duì)互質(zhì)L型陣下的二維空間譜估計(jì)問題,研究了兩種利用旋轉(zhuǎn)不變性進(jìn)行DOA估計(jì)的算法和兩種譜峰搜索類算法。利用旋轉(zhuǎn)不變性的算法包括借助旋轉(zhuǎn)不變性進(jìn)行信號(hào)參數(shù)估計(jì)(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,ESPRIT)算法和旋轉(zhuǎn)不變PM算法,以上算法利用兩個(gè)子陣間的互質(zhì)關(guān)系消除利用子陣進(jìn)行獨(dú)立估計(jì)得到的模糊角度,相較于均勻L型陣列,互質(zhì)L型陣列下的相應(yīng)算法具有更好的角度估計(jì)性能。譜峰搜索類算法包括基于一維MUSIC和基于一維CAPON的二維空間譜估計(jì)算法,以上算法利用互質(zhì)L型陣的X軸和Y軸分別進(jìn)行DOA估計(jì)得到角度有關(guān)信息,再進(jìn)行額外配對(duì),其復(fù)雜度相較于二維算法大大降低,同時(shí)其角度估計(jì)性能優(yōu)于均勻陣下的相應(yīng)一維算法。(3)針對(duì)擴(kuò)展互質(zhì)L型陣列下的二維空間譜估計(jì)問題,提出了兩種譜峰搜索類算法,包括基于一維MUSIC和一維譜峰搜索廣義ESPRIT(General Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,GESPRIT)的二維空間譜估計(jì)算法,以上算法利用擴(kuò)展互質(zhì)L型陣的X軸與Y軸分別進(jìn)行DOA估計(jì)得到角度有關(guān)信息,再進(jìn)行額外配對(duì),其復(fù)雜度相較于二維算法大大降低,同時(shí)其角度估計(jì)性能優(yōu)于均勻陣下的一維算法。(4)利用Verilog-HDL語言在FPGA平臺(tái)上進(jìn)行非均勻L型陣列下基于一維CAPON算法的空間譜估計(jì),主要內(nèi)容包括協(xié)方差矩陣求解、矩陣求逆、譜峰搜索等模塊的FPGA實(shí)現(xiàn),利用Modelsim展示了各個(gè)模塊的仿真結(jié)果,并與MATLAB平臺(tái)下的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,測試結(jié)果驗(yàn)證了非均勻L型陣列下基于一維CAPON算法的空間譜估計(jì)算法在FPGA平臺(tái)上的有效性。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN911.7
【部分圖文】：

圖 6.3 協(xié)方差矩陣的實(shí)部圖 6.4 協(xié)方差矩陣的虛部由圖 6.3、圖 6.4 和表 6.1 的對(duì)比結(jié)果可以看出，MATLAB 平臺(tái)和 FPGA 平臺(tái)上的協(xié)方差矩

80圖 6.4 協(xié)方差矩陣的虛部由圖 6.3、圖 6.4 和表 6.1 的對(duì)比結(jié)果可以看出，MATLAB 平臺(tái)和 FPGA 平臺(tái)上的協(xié)方差矩陣的仿真結(jié)果除了無法避免的量化誤差外，基本相同，由此證明了本模塊的有效性。

L 型陣列中二維空間譜估計(jì)算法研究及其 FPGA 實(shí)現(xiàn)53166 3832 14560 7704 13129 9049 6336 1844215384 6584 59134 3330 20165 8591 12624 1424014726 7172 21113 6499 55890 3230 16111 31859410 16644 14577 12421 16594 1942 56489 3963i i i ii i i ii i i ii i i i 圖 6.5 和圖 6.6 分別為 FPGA 平臺(tái)上矩陣 R 進(jìn)行求逆后輸出1*det( ) R R 的實(shí)部和虛部。我們可以發(fā)現(xiàn) MATLAB 平臺(tái)和 FPGA 平臺(tái)上的求逆結(jié)果基本相同，由此證明了本模塊的有效性。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2822060