[發明專利]一種短波二維波達方向估計數字處理模塊

有效

• 申請號: 201410182875.8
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103995248A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 陳立明;俞春華
• 申請（專利權）人: 熊貓電子集團有限公司;南京熊貓漢達科技有限公司
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳琛

1.一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，其特征在于：包括10片A/D轉換芯片、3片數字下變頻芯片、FPGA芯片以及OMAP芯片；

所述A/D轉換芯片將采集到的模擬信號轉換為數字信號、并將轉換后的數字信號分別送給3片數字下變頻芯片；

3片數字下變頻芯片將接受到的數字信號進行數字下變頻處理、并將處理后的10路變頻信號送到FPGA芯片；

FPGA芯片對接受到的10路變頻信號進行濾波和二維波達方向估計運算，將估計得到的二維波達的俯仰角信息送給OMAP芯片；

OMAP芯片將FPGA高速串口送來的二維波達的俯仰角、方位角數據轉換成并行總線數據送給CPCI接口芯片。

2.根據權利要求1所述的一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，其特征在于：所述短波二維波達方向估計數字處理模塊采用CPCI總線形式。

3.根據權利要求2所述的一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，其特征在于：所述短波二維波達方向估計數字處理模塊由程序存儲芯片EPCS16向FPGA芯片加載程序。

4.根據權利要求1所述的一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，其特征在于：所述二維波達方向估計運算采用基于雙平行線性陣列的矩陣法，具體步驟如下：

設有K個短波信號從遠場入射到平行陣列，其中K(K≤5),信號s(t)＝[s₁(t),…,s_K(t)]；陣元1-5收到的信號為X(t)＝[x₁(t),…,x₅(t)]，陣元6-10收到的信號計為Y(t)＝[y₆(t),…,y₁₀(t)]，N_x(t)和N_y(t)分別是陣元1-5和陣元6-10的噪聲矢量，A為方向矢量，φ為KхK的對角矩陣；如下式所示：

X(t)＝As(t)+N_x(t)，

Y(t)＝Aφs(t)+N_y(t)；

先計算X(t)的自協方差矩陣：

R_xx＝E[X(t)X^H(t)]；

再計算X(t)和Y(t)的互協方差矩陣：

R_yx＝E[Y(t)X^H(t)]；

求取波達方向矩陣為：

R=RyxRxx#;]]>

其中#表示偽逆；接著對波達方向矩陣R進行特征分解，可以計算出其第k(k＝1,…,K)個信號的非零特征值σ_k和相應的特征向量u_k，進而可以求得方向角：

αk=arccos{cΩ0D(K-1)Σi=2K1i-1arg[uk(i)uk(1)]},]]>

βk=arccos[cΩ0darg(σk)];]]>

其中Ω₀為頻率，d為相鄰陣元的間隔，D為兩個平行陣列的間隔，最后可根據α_k、β_k，計算出俯仰角θ_k和方位角φ_k：

φk=arctg[cosβkcosαk],]]>

θk=arcsin[(cosαk)2+(cosβk)2].]]>

5.根據權利要求1所述的一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，其特征在于：所述二維波達方向估計運算采用基于L型陣列的聯合奇異值分解法，具體步驟如下：

設有K個短波信號從遠場入射到平行陣列，其中K(K≤5),信號s(t)＝[s₁(t),…,s_K(t)]；陣元1-5收到的信號為X(t)，陣元6-10收到的信號為Z(t)，N_x(t)和N_z(t)分別是陣元1-5和陣元6-10的噪聲矢量，A(α)、A(θ)，如下式：

X(t)＝A(α)s(t)+N_x(t)，

Z(t)＝A(θ)s(t)+N_z(t)；

其中：

A(α)＝[α(φ₁),α(φ₂),...,α(φ_k),...,α(φ_K)]，

A(θ)＝[α(θ₁),α(θ₂),...,α(θ_k),...,α(θ_K)]，

α(φk)=[1,e-jΩ0dccosφk,e-jΩ0dc×2cosφk,e-jΩ0dc×3cosφk,e-jΩ0dc×4cosφk],]]>

α(θk)=[1,e-jΩ0dccosθk,e-jΩ0dc×2cosθk,e-jΩ0dc×3cosθk,e-jΩ0dc×4cosθk];]]>

計算X(t)和Z(t)的互協方差矩陣：

R_xz＝E[X(t)Z^H(t)]；

將R_xz分為兩個5×4維的子矩陣：

R_xz，1＝R_xz(：1，：4)，

R_xz，2＝R_xz(：，2：5)；

將子矩陣R_xz,1和R_xz,2組成新的矩陣R：

R=Rxz,1Rxz,2;]]>

對矩陣R進行奇異值分解，可以計算出左奇異矢量U₁，將U₁分為兩個5×K維子陣U₁₁和U₁₂：

U1=U11U12;]]>

求取#表示逆陣；然后可以計算出其第k(k＝1,…,K)個特征值γ_k，從而可求得俯仰角和方位角：

俯仰角：

θk=arccos[arg(γk)2πd/λ],]]>

αk=argmaxφ|aH(φ)A^(k)(φ)|||a(φ)||2,]]>

方位角：φk=arcsin[cosαksinθk].]]>