本文關(guān)鍵詞：經(jīng)典DOA算法的FPGA實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 波達(dá)方向估計(jì) 奇異值分解 現(xiàn)場可編程門陣列

【摘要】：DOA(Direction Of Arrival)是利用陣列實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)方位角估計(jì)的方法。在雷達(dá)和聲納信號(hào)處理中具有廣泛的應(yīng)用,尤其是軍事領(lǐng)域。陣列信號(hào)處理的算法的硬件實(shí)現(xiàn)多采用DSP(Digital Signal Processing)進(jìn)行。隨著我國陣列信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展,對(duì)技術(shù)保密性的要求越來越高。簡易的利用DSP對(duì)DOA進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)的方法不足以滿足我們對(duì)目標(biāo)方位估計(jì)算法保密性的要求。這迫使我們需要針對(duì)硬件中門電路直接進(jìn)行操作以實(shí)現(xiàn)方位估計(jì)。FPGA(Field Programmable Gate Array)由于具備可根據(jù)設(shè)計(jì)者的需求和主觀意愿自由定制邏輯電路的優(yōu)點(diǎn),能夠直接對(duì)底層進(jìn)行操作,成為很多科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者們用來實(shí)現(xiàn)算法自主研發(fā)的工具。DOA估計(jì)中的經(jīng)典算法MUSIC(Multiple Signal Classification)算法,其本質(zhì)是將接收數(shù)據(jù)矩陣的信號(hào)空間和噪聲空間進(jìn)行分離。而信號(hào)空間和噪聲空間進(jìn)行分離的數(shù)學(xué)關(guān)鍵是矩陣的特征值分解和奇異值分解。這也是利用FPGA開發(fā)陣列信號(hào)處理的方法的關(guān)鍵。這種運(yùn)算包含了大量的非線性運(yùn)算,利用FPGA設(shè)計(jì)難度比較大,運(yùn)算程度比較復(fù)雜。因此掌握利用FPGA實(shí)現(xiàn)基本陣列運(yùn)算技術(shù)具有十分重要的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義�；谏鲜鲂枨�,本文細(xì)致研究了利用FPGA實(shí)現(xiàn)矩陣特征值分解以及奇異值分解的方法和流程。本文采用Jacobi算法,充分利用了CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法實(shí)現(xiàn)兩種計(jì)算模式,即矢量模式和旋轉(zhuǎn)模式來完成Jacobi算法的非線性運(yùn)算,分別完成了反正切和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)運(yùn)算,進(jìn)而通過對(duì)寄存器加法和移位實(shí)現(xiàn)特征值分解。為了進(jìn)一步應(yīng)用到DOA估計(jì)中,本文進(jìn)一步將該矩陣分解方法推廣到非方陣層面。首先將矩陣的元素保存到ROM中,然后通過選擇器將矩陣中任意兩行的對(duì)應(yīng)元素分別提取出來并保存到RAM中,最后通過單邊雅克比旋轉(zhuǎn)(Hestenes-Jacobi)更新矩陣中的元素,直到任意兩行的內(nèi)積接近于零,就可以將每一行的平方和通過平方根運(yùn)算轉(zhuǎn)換成奇異值。通過Modelsim仿真和FPGA實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該矩陣分解方法的有效性。在此基礎(chǔ)上,完成DOA基本方法的最終實(shí)現(xiàn),通過得到FPGA返回?cái)?shù)據(jù),利用ΜATLAB對(duì)輸出結(jié)果繪圖顯示,進(jìn)而對(duì)該實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行性能分析,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該FPGA實(shí)現(xiàn)的有效性。
【關(guān)鍵詞】：波達(dá)方向估計(jì) 奇異值分解 現(xiàn)場可編程門陣列
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN911.7;TN791
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外在該方向研究現(xiàn)狀及分析11-13
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排13-14
• 第2章 經(jīng)典DOA算法介紹及開發(fā)平臺(tái)簡介14-28
• 2.1 經(jīng)典DOA算法原理介紹14-16
• 2.1.1 Capon算法的基本數(shù)學(xué)原理介紹14-15
• 2.1.2 MUSIC算法的基本數(shù)學(xué)原理介紹15-16
• 2.2 經(jīng)典DOA算法的仿真與分析16-20
• 2.3 FPGA開發(fā)相關(guān)原理介紹20-26
• 2.3.1 XILINX開發(fā)板介紹20-23
• 2.3.2 FPGA開發(fā)流程簡介23-26
• 2.3.3 FPGA進(jìn)行算法設(shè)計(jì)面臨的困難與挑戰(zhàn)26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第3章 MUSIC算法和Capon算法的FPGA實(shí)現(xiàn)28-47
• 3.1 MUSIC算法的FPGA實(shí)現(xiàn)28-43
• 3.1.1 信號(hào)矩陣的預(yù)處理28-31
• 3.1.2 協(xié)方差矩陣的FPGA實(shí)現(xiàn)31-33
• 3.1.3 特征值分解模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)33-39
• 3.1.4 譜峰搜索模塊的FPGA的實(shí)現(xiàn)39-43
• 3.2 Capon算法的FPGA實(shí)現(xiàn)43-46
• 3.3 本章小結(jié)46-47
• 第4章 任意維度矩陣的奇異值分解的FPGA實(shí)現(xiàn)47-53
• 4.1 浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE754標(biāo)準(zhǔn)介紹47
• 4.2 矩陣的奇異值分解具體概念47-48
• 4.3 Jacobi旋轉(zhuǎn)原理48
• 4.4 基于FPGA矩陣奇異值分解設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)圖48-49
• 4.5 矩陣奇異值分解設(shè)計(jì)整體的流程圖49-51
• 4.6 矩陣奇異值分解功能仿真51-52
• 4.7 本章小結(jié)52-53
• 結(jié)論53-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 致謝59

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本文編號(hào)：592372