基于FPGA的二维谱峰搜索算法硬件架构设计

发布时间：2022-01-07 19:17

　　当前基本采用现场可编程门阵列（field programmable gate array,FPGA）来实现一维多重信号分类（multiple signal classification,MUSIC）算法,为了使MUSIC算法更适合应用于实际环境中入射信号的波达方向（direction of arrival,DOA）估计,采用FPGA来实现二维MUSIC算法的谱峰搜索。合理设计各个步骤的并行结构以提高实时性,使用分步搜索法减少计算量和计算复杂度,通过模块复用降低资源消耗,采用流水线设计提高计算效率,从而在满足估计精度的同时使得谱峰搜索的实现时间更少。仿真试验结果表明,该硬件实现方案在100 MHz工作频率的FPGA芯片上实现二维谱峰搜索时,估计精度为1°,耗时为3.77μs。该二维谱峰搜索实现结构的主要优点在于速度快,实时性高,具有较高的工程应用价值。 

【文章来源】：空天防御. 2020,3(01)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

阵元分布

谱峰搜索包括粗搜索的阵列流型矢量模块、谱值模块和谱峰粗搜索模块以及精搜索的阵列流型矢量模块、谱值模块和谱峰精搜索模块。谱峰搜索的流程框图如图2所示。其实现步骤如下:

求取X时共制定21个并行的查找表,分别对应仰角30°、33°、…、87°、89°;每个查找表都有120个地址,分别对应方位角0°、3°、…、357°。值得注意的是,21个查找表并行消耗的是硬件资源,依次读取120个地址中的数据消耗的是时钟,这是经过权衡时钟消耗和硬件资源消耗得出的结果。求取正弦值和余弦值时为了减少查找表的资源消耗,需将第1、2、3、4阵元对应的余弦值转化为正弦值,并且将其他象限的正弦值均转化为第一象限的正弦值。由此可使该查找表的资源消耗降低到原来的八分之一,且不会增加误差。因此,制定84个并行的查找表即可。2.1.2 谱值模块

【参考文献】：
期刊论文
[1]作战仿真系统可信度评估研究[J]. 刘勇,阳贵兵.  空天防御. 2019(02)
[2]大型雷达天线自动对接关键技术研究进展[J]. 彭高亮,薛渊,刘世伟.  空天防御. 2019(02)
[3]基于DDS的宽带低相噪本振源设计与验证[J]. 周逍宙,邓春,陈祎,李小平,李添翼.  空天防御. 2019(01)
[4]低信噪比信号相位差检测算法优化设计与实现[J]. 曹奕涛,淳莉,张宏军,赵洪峰,周小川.  空天防御. 2019(01)
[5]L阵基于降维MUSIC的二维DOA与频率估计[J]. 徐乐,吴日恒,张小飞.  系统工程与电子技术. 2019(01)
[6]基于鸡群优化算法的二维MUSIC谱峰搜索算法[J]. 窦慧晶,朱子云,高立菁.  北京工业大学学报. 2018(11)
[7]交叉极化角度欺骗性能分析[J]. 杨春宇,姜红军.  空天防御. 2018(03)
[8]基于降维处理的MUSIC二维DOA估计算法[J]. 张铁峰,吉波.  现代导航. 2018(03)
[9]二维高精度MUSIC算法的高速实现[J]. 张多利,张斌,宋宇鲲.  合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(03)
[10]基于数据插值的二维MUSIC谱峰搜索算法[J]. 马英英,刘帅,金铭.  现代电子技术. 2015(15)



本文编号：3575111