[發明專利]一種用于MUSIC算法中計算協方差矩陣的硬件電路

有效

• 申請號: 201610186685.2
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105893333B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 宋宇鯤;張斌;張多利;杜高明
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公布了一種用于MUSIC算法中計算協方差矩陣的硬件電路，其特征包括：控制器模塊、個乘累加器模塊、交叉開關模塊、M個源數據存儲器、加法器、第一目的存儲器和第二目的存儲器。本發明能降低硬件實現的復雜度，減少資源消耗，加快運算速度，從而在硬件電路中高效地完成MUSIC算法中協方差矩陣的計算。

技術領域

本發明涉及陣列信號處理領域，具體地說是一種用于MUSIC算法中計算協方差矩陣的硬件電路。

背景技術

陣列信號處理屬于現代信號處理的重要研究內容，在移動通信、電子對抗、參數估計、信號識別等領域都有著廣泛的應用前景。一般來講，陣列信號處理是將多個傳感器設置在空間的不同位置來組成傳感器陣列，通過對接收機輸出的數據進行處理，利用各個信號在空間位置上的差異，提取信號源的特征信息。這些特征信息包括：空間信號源的方向、數目、頻率、相位、調制形式等。

MUSIC算法是基于特征結構分析的空間譜估計方法，是空間譜估計技術的典型代表，是陣列信號處理領域的一個重要分支。其基本原理是對陣列輸出數據的協方差矩陣進行特征分解，將信號空間分解為噪聲子空間和信號子空間，利用噪聲子空間與陣列的方向矩陣正交的性質，估計出信號源的方向等信息。

MUISC算法的第一步就是計算陣列輸出的協方差矩陣，計算公式如下：

式(1)中X表示測向陣列輸出矢量，N表示采樣快拍數，它是一個復數矢量，可以通過簡單有效的預處理方法，將復矢量X用一個實矢量來代替，從而有效地將各種復數運算轉換為實數運算，具體方法是：構造一個線性變換矩陣T：

式(2)中，T1是一個行列的對角陣，對角線元素為T2也是一個行列的對角陣，對角線元素為i₀²＝-1；加入預處理步驟后，協方差矩陣的計算公式如下：

式(3)中，F表示經過預處理步驟后，陣列輸出的協方差矩陣；Y表示經過預處理的陣列輸出數據矩陣，F矩陣中任一元素的計算公式為：

式(4)中，1≤k1≤M，1≤k2≤M，N表示采集信號的快拍數。

已有的研究主要提出了兩類計算協方差矩陣的硬件實現方案，分別是串行執行方案和并行執行方案。串行執行方案通過一個乘累加運算模塊完成協方差矩陣所有元素的運算，并行執行方案通過多個乘累加器并行計算，共同完成協方差矩陣所有元素的運算。大部分場合，MUSIC算法對實時性的要求較高，串行執行方案耗時較長，往往難以滿足要求；并行執行方案雖然通過分組減少了協方差矩陣計算需要的時間，但是已有的研究大都沒有總結出通用的分組方法，而且提出的并行分組方案往往控制電路較為復雜，資源消耗較多。

發明內容

本發明為了避免上述技術不足之處，提出了一種用于MUSIC算法中計算協方差矩陣的硬件電路，以期降低硬件實現的復雜度，減少資源消耗，加快運算速度，從而在硬件電路中高效地完成MUSIC算法中協方差矩陣的計算。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明一種用于MUSIC算法中協方差矩陣的運算電路的特點包括：控制器模塊、個乘累加器模塊、交叉開關模塊、M個源數據存儲器、加法器、第一目的存儲器和第二目的存儲器；

所述控制器模塊將外部的陣列輸出矩陣A中的M行實部數據依次存入所述M個源數據存儲器中；