基于cordic算法的無線信號測向方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于CORDIC算法的無線信號測向方法，包括：a.對AD采樣數(shù)據(jù)預(yù)處理后換為復(fù)信號輸出；b.對預(yù)處理的輸出信號進行自相關(guān)矩陣的求解并輸出；c.根據(jù)基于CORDIC算法的MVDR算法，完成伴隨矩陣中各個代數(shù)余子式的求解和輸出；d.進行空間譜數(shù)據(jù)計算，并將計算結(jié)果順序?qū)懭氪鎯卧?，完成空間譜的構(gòu)建過程；e.讀取所述存儲單元中的空間譜數(shù)據(jù)，完成信號個數(shù)的判定和信號方向的搜索。本發(fā)明基于CORDIC算法的無線信號測向方法，與普通的MVDR測向方法相比，能夠?qū)Χ噙_3個信號的來波方向進行估計，并且大大減少硬件實現(xiàn)時的邏輯資源和乘法器資源消耗，同時保證測向精確度，從而在整體上極大程度的提高了MVDR測向方法的性能。
【專利說明】基于CORDIC算法的無線信號測向方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陣列信號處理中的DOA (波達方向)估計領(lǐng)域，特別涉及DOA估計算法硬件實現(xiàn)過程中一種優(yōu)化的基于CORDIC算法的無線信號測向方法。
【背景技術(shù)】
[0002]波達方向(DOA,Direction of arrival)估計,或稱空間譜估計是陣列信號處理的一個主要研究領(lǐng)域，在軍事和民用領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。
[0003]在軍事領(lǐng)域，電子對抗作為一種常見且十分有效的手段正發(fā)揮著越來越重要的作用，其中有源電子干擾又是最常用的手段之一。有源電子干擾設(shè)備具有價格低廉、便攜性強、干擾能力強等特點，能有 效干擾對方電子設(shè)備的正常工作。若在空間中存在一個或多個較強的有源干擾，雷達天線將無法對真正的目標(biāo)進行準(zhǔn)確探測，會導(dǎo)致通信中斷、導(dǎo)航定位系統(tǒng)失效等嚴(yán)重后果。
[0004]由于在當(dāng)代軍事領(lǐng)域中，有源電子干擾已成為一個普遍的問題，因此許多抗干擾的手段被應(yīng)用到各種武器裝備中。然而僅僅依靠抗干擾還不足以完全占據(jù)主導(dǎo)地位，因為對于任何系統(tǒng)，其抗干擾能力總是有限的。如果能夠準(zhǔn)確地測定有源干擾的方向和位置，將大大提高己方電子設(shè)備的生存能力，并且為避開干擾或摧毀干擾源提供了可能。
[0005]在民用領(lǐng)域，無線電頻譜是一種寶貴的資源，因而對非法信號源的測向定位是各級無線電監(jiān)測部門的主要職責(zé)之一。無線電監(jiān)測部門不僅需要測量非法信號的功率、頻率和帶寬等參數(shù)，還需要對非法信號源進行測向定位，以便有效地排除其影響。此外，在考場秩序維護、衛(wèi)星干擾源排除等方面DOA估計也有比較重要的應(yīng)用。
[0006]目前常用的測向方法主要包括干涉儀法、MVDR算法(最小方差無畸算法)和子空間類算法等。由于計算簡單，干涉儀法在實際工程中應(yīng)用最為廣泛，但是干涉儀要求一個頻率只能存在一個信號，對于存在多個信號的場合將完全失效。子空間類算法計算量通常較大，另外往往需要對信號源個數(shù)進行精確估計，復(fù)雜度較高。在很多場合的應(yīng)用受到了一定的限制。比較而言，MVDR算法能對同一頻率上的多個信號進行測量，計算量適中，因此也得到了較廣泛的應(yīng)用。
[0007]如圖1所示的圓陣，陣元數(shù)為M,半徑為Rtl,選擇圓心為參考點。設(shè)一載波頻率為f0的遠場窄帶信號MO入射到均勻圓陣上，入射角度為⑷#)。?⑷可表示為復(fù)數(shù)形式
[0008]s (i) =(I)
[0009]其中s(t)是信號的復(fù)包絡(luò)，且是緩慢變化的。設(shè)陣元m相對于參考點的傳播
延遲為τ m，m=0, I,…M-1，設(shè)參考點處接收到的信號為Η?，則陣元m處接收到的信號表達式為
[0010]Xm [t) = i>[t-Tm) = s[t-Tm)Qjl^h1-1 士(2)
[0011]令Ym=2 3im/M, β =2 π / λ ,則陣元m的位置坐標(biāo)可以表示為Pm= [R0COS Y RtlSin Y m，O]，信號的入射方向單位向量為 r = - [sin " cos sin O sin 妁 cos 0]，所
以陣元m相對于參考點的傳播延遲τπ可以表示為[0012]
【權(quán)利要求】
1.基于CORDIC算法的無線信號測向方法，其特征包括: a.首先通過預(yù)處理模塊對接收到AD采樣數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，將其轉(zhuǎn)換為復(fù)信號輸出； b.通過自相關(guān)矩陣求解模塊對預(yù)處理的輸出信號進行自相關(guān)矩陣的求解并輸出； c.再在伴隨矩陣求解模塊中根據(jù)基于CORDIC算法的MVDR算法，分多個時鐘節(jié)拍依次完成伴隨矩陣中各個代數(shù)余子式的求解，將求解后的結(jié)果并行輸出； d.空間譜構(gòu)建模塊根據(jù)伴隨矩陣求解的輸出信號進行空間譜數(shù)據(jù)計算，并將計算結(jié)果順序?qū)懭氪鎯卧?，完成空間譜的構(gòu)建過程； e.空間譜搜索模塊在空間譜構(gòu)建完成信號的控制下，讀取所述存儲單元中的空間譜數(shù)據(jù)，完成信號個數(shù)的判定和信號方向的搜索。
2.如權(quán)利要求1所述的基于CORDIC算法的無線信號測向方法，其特征為:所述的伴隨矩陣求解模塊和空間譜構(gòu)建模塊均采用折疊結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于CORDIC算法的無線信號測向方法，其特征為:步驟a中所述的預(yù)處理包括對AD采樣數(shù)據(jù)進行去均值、Hilbert變換和自動增益控制信號處理。
4.如權(quán)利要求3所述的基于CORDIC算法的無線信號測向方法，其特征為:通過FIR高通濾波器對AD采樣數(shù)據(jù)進行去均值。
5.如權(quán)利要求1所述的基于CORDIC算法的無線信號測向方法，其特征為:預(yù)處理模塊中具有4個處理陣元，每個處理陣元對AD采樣數(shù)據(jù)預(yù)處理后，各處理陣元均分為IQ兩路并行輸出數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的基于CORDIC算法的無線信號測向方法，其特征為:步驟c的伴隨矩陣求解模塊通過加減運算單元和兩個復(fù)數(shù)乘法運算單元，分多個時鐘節(jié)拍依次完成伴隨矩陣中各個代數(shù)余子式的求解。
7.如權(quán)利要求1所述的基于CORDIC算法的無線信號測向方法，其特征為:步驟d的空間譜構(gòu)建模塊通過加減運算單元和兩個復(fù)數(shù)乘法運算單元完成所述的空間譜的構(gòu)建過程。
8.如權(quán)利要求6或7所述的基于CORDIC算法的無線信號測向方法，其特征為:在所述的復(fù)數(shù)乘法運算單元中通過移位運算和加法運算實現(xiàn)乘法運算。
9.如權(quán)利要求1至7之一所述的基于CORDIC算法的無線信號測向方法，其特征為:步驟e中空間譜搜索模塊對信號個數(shù)的判定和信號方向的搜索的步驟包括: el.判斷存儲單元中是否有空間譜數(shù)據(jù)，如果沒有結(jié)束所述判定和搜索； e2.取矩陣第j?j+9列，搜索局部極小值，其中j為按列進行搜索時列坐標(biāo)的索引； e3.記錄所述極小值及對應(yīng)的RAM地址； e4.判斷是否遍歷完所有空間譜數(shù)據(jù)，如果沒有則設(shè)j=j+8后返回步驟e2重復(fù)執(zhí)行，遍歷完成后取最小的三個極小值坐標(biāo)作為信號個數(shù)的判定和信號方向的判定。
【文檔編號】G06F19/00GK103914625SQ201410142679
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】黃宇聲, 黃超, 董祥雷, 姜雯獻, 李朝海 申請人:電子科技大學(xué)