基于時(shí)空二維MUSIC算法的DOA估計(jì)及其硬件實(shí)現(xiàn)方法研究.pdf

1、本文采用14個(gè)陣元組成的均勻線(xiàn)陣作為天線(xiàn)陣列模型，以時(shí)空二維 MUSIC算法以及測(cè)距原理為理論，對(duì)測(cè)頻測(cè)向設(shè)備的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。
　　首先，使用 Matlab進(jìn)行了仿真。從仿真結(jié)果中得到了時(shí)空二維 MUSIC算法在均勻線(xiàn)陣模型下的角度分辨率，確定了影響測(cè)距和測(cè)向精度的參數(shù)。驗(yàn)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(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)，對(duì)時(shí)空二維MUSIC算法進(jìn)行了降維處理。首先對(duì)得到的差頻信號(hào)做1024點(diǎn)FFT

2、變換，得到1024個(gè)頻點(diǎn)，接著對(duì)需要的頻點(diǎn)用一維MUSIC算法進(jìn)行處理。在對(duì)一維MUSIC算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，將它分成了協(xié)方差矩陣的估計(jì)、特征值分解、目標(biāo)信號(hào)個(gè)數(shù)估計(jì)和譜峰搜索四個(gè)模塊。
　　降維處理后的時(shí)空二維MUSIC算法雖然避免了在頻率、方向上同時(shí)進(jìn)行搜索，但是計(jì)算量仍然很大，算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。針對(duì)此問(wèn)題，本文最終選擇FPGA和DSP協(xié)作作為硬件實(shí)現(xiàn)方案。FFT變換、協(xié)方差矩陣的估計(jì)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(biāo)信號(hào)個(gè)數(shù)估計(jì)、譜峰搜索的實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，因此在DSP中完成。為了滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求，同時(shí)也基于芯片資源和處理速度的考慮，本設(shè)計(jì)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(guò)EMIFA接口進(jìn)行通信。
　　FPGA部分采用了乒乓操作、流水線(xiàn)、狀態(tài)機(jī)等方法來(lái)進(jìn)行控制和提高算法的處理速度，并且考慮到該設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，多數(shù)情況下?tīng)奚?/p>

4、積來(lái)?yè)Q取速度。由于特征值的分解、信號(hào)源個(gè)數(shù)的估計(jì)方法很多，因此，對(duì)各處理算法進(jìn)行了分析，在保證能達(dá)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(hào)源個(gè)數(shù)這一參數(shù)的獲得采用MDL準(zhǔn)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(cè)試結(jié)果，DSP部分給出了實(shí)現(xiàn)算法的流程圖。所有算法的實(shí)現(xiàn)都在器件上做了測(cè)試，能夠成