[發(fā)明專(zhuān)利]一種短波二維波達(dá)方向估計(jì)數(shù)字處理模塊

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410182875.8
• 申請(qǐng)日: 2014-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103995248A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳立明;俞春華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 熊貓電子集團(tuán)有限公司;南京熊貓漢達(dá)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01S3/14
• 分類(lèi)號(hào): G01S3/14
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳琛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子電路設(shè)計(jì)，具體涉及一種短波二維波達(dá)方向估計(jì)數(shù)字處理模塊。

背景技術(shù)

智能天線作為移動(dòng)通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)，可以有效地對(duì)抗干擾信號(hào)，提高通信質(zhì)量和通信的可靠性。短波通信由于存在時(shí)變衰落和干擾信號(hào)多的情況，常常接收信噪比低、通信效果差。將智能天線技術(shù)應(yīng)用到短波通信中，可以改善通信的效果。波達(dá)方向估計(jì)是智能天線中的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)判斷信號(hào)的來(lái)波方向，自動(dòng)調(diào)整發(fā)射和接收方向圖，使它在干擾方向形成零陷，將干擾信號(hào)抵消，而在有用信號(hào)方向形成主波束，以達(dá)到提高信號(hào)增益、抑制干擾的效果。在實(shí)際的短波通信環(huán)境中，波達(dá)方向是二維的，需要采用二維波達(dá)方向估計(jì)算法估計(jì)來(lái)波的俯仰角。

以往的數(shù)字處理模塊常采用DSP+CPLD或DSP+FPGA的電路組合形式，DSP芯片種類(lèi)很多，各芯片的語(yǔ)言也有所不同，給軟件移植帶來(lái)諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種短波二維波達(dá)方向估計(jì)數(shù)字處理模塊，采用處理能力較強(qiáng)的OMAP芯片和FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)短波信號(hào)進(jìn)行二維波達(dá)方向估計(jì)，具有良好的軟件可移植性；通過(guò)對(duì)10路短波通道的中頻信號(hào)采樣和處理，采用新型的電路結(jié)構(gòu)和高效的算法，可以快速準(zhǔn)確的識(shí)別出短波信號(hào)二維波達(dá)方向；同時(shí)采用CPCI總線，通用性強(qiáng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種短波二維波達(dá)方向估計(jì)數(shù)字處理模塊，包括10片A/D轉(zhuǎn)換芯片、3片數(shù)字下變頻芯片、FPGA芯片以及OMAP芯片；

所述A/D轉(zhuǎn)換芯片將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)、并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)分別送給3片數(shù)字下變頻芯片；

3片數(shù)字下變頻芯片將接受到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻處理、并將處理后的10路變頻信號(hào)送到FPGA芯片；

FPGA芯片對(duì)接受到的10路變頻信號(hào)進(jìn)行濾波和二維波達(dá)方向估計(jì)運(yùn)算，將估計(jì)得到的二維波達(dá)的俯仰角和方位角信息送給OMAP芯片；

OMAP芯片將FPGA高速串口送來(lái)的二維波達(dá)的俯仰角、方位角數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行總線數(shù)據(jù)送給CPCI接口芯片。

進(jìn)一步的，所述短波二維波達(dá)方向估計(jì)數(shù)字處理模塊采用CPCI總線形式。

進(jìn)一步的，所述短波二維波達(dá)方向估計(jì)數(shù)字處理模塊由程序存儲(chǔ)芯片EPCS16向FPGA芯片加載程序。

進(jìn)一步的，所述二維波達(dá)方向估計(jì)運(yùn)算基于雙平行線性陣列的矩陣法，具體步驟如下：

設(shè)有K個(gè)短波信號(hào)從遠(yuǎn)場(chǎng)入射到平行陣列，其中K(K≤5),信號(hào)s(t)＝[s₁(t),…,s_K(t)]；陣元1-5收到的信號(hào)為X(t)＝[x₁(t),…,x₅(t)]，陣元6-10收到的信號(hào)計(jì)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(duì)角矩陣；如下式所示：

X(t)＝As(t)+N_x(t)，

Y(t)＝Aφs(t)+N_y(t)；

先計(jì)算X(t)的自協(xié)方差矩陣：

R_xx＝E[X(t)X^H(t)]；

再計(jì)算X(t)和Y(t)的互協(xié)方差矩陣：

R_yx＝E[Y(t)X^H(t)]；

求取波達(dá)方向矩陣為：

R=RyxRxx#;]]>

其中#表示偽逆；接著對(duì)波達(dá)方向矩陣R進(jìn)行特征分解，可以計(jì)算出其第k(k＝1,…,K)個(gè)信號(hào)的非零特征值σ_k和相應(yīng)的特征向量u_k，進(jìn)而可以求得方向角：