基于FPGA的STAP实现技术研究

发布时间：2017-05-18 15:16

  本文关键词：基于FPGA的STAP实现技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空时自适应处理(Space-Time-Adaptive-Processing,STAP)算法能够有效地抑制杂波和干扰。经过四十多年的发展,STAP算法的基础理论已比较成熟,目前其工程实现研究是该领域的主要研究方向之一。STAP算法工程实现的关键就是实时计算出自适应权值。近些年,现场可编程门阵列(FPGA)技术在数字信号处理领域得到了广泛应用。为此,围绕基于FPGA的STAP实现技术及其自适应权值计算展开了研究,主要内容如下:1.提出了一种基于QRD_MGS算法的无开方STAP权值计算算法。采用Modified Gram Schmidt QR分解算法(QRD_MGS)能够避免直接估计协方差矩阵及其求逆运算。针对基于QRD_MGS求解STAP权值的传统算法中存在冗余开方运算这一不足,提出了一种无开方权值计算方法。该方法通过对原始上三角矩阵等价变形,使其每个元素由未开方值表示,从而省去了开方操作。无开方算法方法相对原方法而言,规避了开方运算,减少了除法计算量,并提高了权值计算精度,同时算法结构更适合硬件实时实现。2.研究了无开方QRD_MGS算法的FPGA实现技术。深入分析了该算法的内在并行性,并将其划分成五个任务。为降低任务时钟开销,设计了子任务划分策略。该策略将任务分解为若干子任务,各子任务流水执行,并充分利用子任务间的并行特点覆盖时钟消耗。基于此,设计并实现了其FPGA并行映射结构。3.研究了自适应权值回代求解算法在FPGA的实现技术。深入分析了回代算法的执行过程,并对该算法的内在并行性进行了开发。根据前、后向回代输入数据的不同时序特点,分别设计了不同的并行计算结构。其中,前向回代过程结构具有覆盖矩阵分解时钟开销的优点;而后向回代计算结构采用局部并行策略,减少了时钟开销,节省了乘法器、加法器等硬件资源。4.设计了一种降维STAP算法的FPGA映射方案。深入研究了降维STAP算法的处理流程,对其内在并行性进行了仔细分析,并将该算法的执行过程总结为了五步。对每步的局部并行性进行了开发,设计了局部并行、全局流水的并行映射策略,及其多片FPGA并行实现结构。该并行映射方案充分开发了算法的空间、时间并行性,提升了执行效率。
【关键词】：空时自适应处理 FPGA QRD_MGS算法 自适应权值计算 回代算法
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN959.73;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 研究历史与现状12-15
• 1.2.1 降维算法研究12-13
• 1.2.2 权值计算算法研究13
• 1.2.3 实现技术研究13-15
• 1.3 研究内容及结构15-17
• 第二章 空时自适应处理原理17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 全空时自适应处理17-20
• 2.3 降维STAP原理20-22
• 2.4 几种经典的降维STAP算法22-24
• 2.4.1 mDT算法22-23
• 2.4.2 JDL算法23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 无开方权值计算研究25-34
• 3.1 引言25
• 3.2 基于QRD_MGS算法的权值计算25-27
• 3.2.1 QRD_MGS算法原理25-26
• 3.2.2 权值计算原理26-27
• 3.3 无开方权值计算27-32
• 3.3.1 无开方算法原理27-30
• 3.3.2 算法比较30-32
• 3.4 仿真实验32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 无开方QRD_MGS算法实现研究34-54
• 4.1 引言34
• 4.2 开发环境简介34-37
• 4.2.1 XC7Z020芯片介绍34-35
• 4.2.2 Xilinx浮点IP core介绍35-36
• 4.2.3 单精度浮点格式介绍36-37
• 4.3 算法并行策略分析37-42
• 4.3.1 并行性分析37-39
• 4.3.2 子任务划分策略39-41
• 4.3.3 实例分析41-42
• 4.4 方案设计42-45
• 4.4.1 功能模块划分42-44
• 4.4.2 FPGA实现结构44-45
• 4.5 模块设计与实现45-51
• 4.5.1 控制模块45-47
• 4.5.2 存储模块47
• 4.5.3 计算模块47-50
• 4.5.4 资源分析50-51
• 4.6 仿真与板级调试51-53
• 4.6.1 Modelsim仿真51-52
• 4.6.2 板级调试52-53
• 4.7 本章小结53-54
• 第五章 回代算法实现研究54-70
• 5.1 引言54
• 5.2 回代算法分析54-61
• 5.2.1 并行性分析54-58
• 5.2.2 并行映射策略58-60
• 5.2.3 实例分析60-61
• 5.3 方案设计与实现61-64
• 5.3.1 并行映射结构61-62
• 5.3.2 硬件设计62-63
• 5.3.3 资源分析63-64
• 5.4 仿真与板级调试64-69
• 5.4.1 Modelsim仿真64-67
• 5.4.2 板级调试67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 STAP算法实现技术研究70-83
• 6.1 引言70
• 6.2 STAP处理系统介绍70
• 6.3 算法映射分析70-74
• 6.3.1 并行性分析71-72
• 6.3.2 并行映射策略72-73
• 6.3.3 实例分析73-74
• 6.4 设计与实现方案74-79
• 6.4.1 并行实现结构74-75
• 6.4.2 功能模块划分75-77
• 6.4.3 模块设计77-78
• 6.4.4 多片FPGA并行系统78-79
• 6.5 资源耗用评估79-82
• 6.6 本章小结82-83
• 第七章 总结与展望83-85
• 7.1 工作总结83-84
• 7.2 工作展望84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-91
• 攻读硕士期间取得的研究成果91-92

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