[發(fā)明專利]一種基于協(xié)方差矩陣特征分解的抗干擾算法的FPGA實現(xiàn)方法及實現(xiàn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510433748.5
• 申請日: 2015-07-22
• 公開（公告）號: CN105137454B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦紅磊;俞立宏;郎榮玲
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01S19/21
• 分類號: G01S19/21
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所11121
• 代理人: 姜榮麗

1.一種基于協(xié)方差矩陣特征分解的抗干擾算法的FPGA實現(xiàn)方法，其特征在于：具體步驟如下，

步驟一、數(shù)字下變頻模塊接收天線陣列的中頻信號；

數(shù)字下變頻模塊將天線陣列輸入的中頻信號轉(zhuǎn)換為基帶信號，并輸出基帶信號的同相分量和正交分量；

步驟二、通道一致性監(jiān)測與補償模塊實現(xiàn)通道不一致性的監(jiān)測與補償功能，具體為：

(2.1)對天線陣列中N個通道分別采集數(shù)字下變頻后M個采樣點的數(shù)據(jù)，求出每個采樣點的瞬時幅度和瞬時相位，計算公式為：

其中A_n(k)是第n個通道的第k個采樣點的瞬時幅度，θ_n(k)是第n個通道第k個采樣點的瞬時相位，x_nq(k)、x_ni(k)分別是步驟一中數(shù)字下變頻模塊輸出的對應(yīng)于第n個通道第k個采樣點的正交分量和同相分量，N為天線陣列中抗干擾天線陣元個數(shù)；

(2.2)對M個采樣點的瞬時幅度和瞬時相位做平均，求出N個通道的平均瞬時幅度和平均瞬時相位計算公式為：

其中，M為采樣點的個數(shù)；

(2.3)將除第一通道外的其他N-1個通道和第一通道的平均瞬時幅度做除法，平均瞬時相位做減法，求出除第一通道外的其它N-1個通道相對于第一通道的幅度不一致性和相位不一致性；設(shè)除第一通道外的其它N-1個通道相對于第一通道的幅度不一致性和相位不一致性分別是:

則補償就是將各通道數(shù)字下變頻模塊輸出與由幅度不一致性、相位不一致性構(gòu)成的復(fù)數(shù)做復(fù)數(shù)乘法，復(fù)數(shù)乘法公式為：

X_nin＝x_ni+jx_nq為步驟一中第n通道的數(shù)字下變頻輸出的基帶信號，x_ni，x_nq分別為數(shù)字下變頻模塊輸出的對應(yīng)于第n個通道的正交分量和同相分量；

步驟三、協(xié)方差矩陣計算模塊是計算補償后的信號X_nout的協(xié)方差矩陣，具體為：

(3.1)利用復(fù)數(shù)乘法器計算協(xié)方差矩陣，計算公式為：R_x＝XX^H，H表示共軛轉(zhuǎn)置；其中X是由步驟二中的各通道輸出補償后的信號組成的矩陣，定義為：

X^H＝[X_1out^*…X_Nout^*]，*表示共軛；

(3.2)對上一步中的R_x做累加：累加用加法器實現(xiàn)；

(3.3)對R_xx做平均，則協(xié)方差矩陣M為采樣點個數(shù)，R是一個N行、N列的矩陣，N是抗干擾天線陣元的個數(shù)；

步驟四、協(xié)方差矩陣特征分解模塊利用迭代的方法對協(xié)方差矩陣R進行特征分解，求出特征值和特征向量，具體為：

(4.1)初始化；

初始化迭代過程中的參數(shù)，這些參數(shù)和數(shù)值分別是：矩陣E，E初始化為N*N元的單位矩陣；當(dāng)前迭代輪次l＝0，迭代輪次上限L，5≤L≤50；非對角線元素2范數(shù)門限ε，0≤ε≤10^-5；

(4.2)設(shè)置當(dāng)前迭代狀態(tài)；

設(shè)置當(dāng)前迭代要消去的元素所在的行、列，按照矩陣元素從左到右、從上到下的順序設(shè)置非對角線元素所在的行、列；

(4.3)迭代運算；

迭代運算是構(gòu)造一個正交矩陣，對協(xié)方差矩陣和單位矩陣進行一系列正交運算，使得協(xié)方差矩陣經(jīng)過這些變換后化為近似的對角矩陣，由于正交運算后矩陣特征值不變，因此對角矩陣對角線上的元素就是協(xié)方差矩陣的特征值；迭代后單位矩陣的列向量就是協(xié)方差矩陣的特征值所對應(yīng)的特征向量；

步驟五、加權(quán)輸出；

根據(jù)步驟四中求出的特征值和特征向量，對特征值λ₁,…λ_N按照從小到大的順序進行排序，找出和最小特征值λ₁比值小于4dB的其它特征值，這些特征值為λ₁,…λ_D,D＜N,則這些特征值對應(yīng)的特征向量η₁,…η_D之和就是最優(yōu)權(quán)值w_opt，即：

w_opt＝η₁+…+η_D

得到最優(yōu)權(quán)值后對步驟二中的輸出X_nout進行加權(quán)，加權(quán)公式為：

其中y為輸出，X為由信號X_nout組成的矩陣，w_opt^H表示最優(yōu)權(quán)值w_opt的共軛轉(zhuǎn)置。