[發明專利]虛擬時反被動測向算法的FPGA實現方法

在審

• 申請號: 201711101686.3
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107862289A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 付永慶;于智欣;谷廣宇;郭勝男;田金龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種通信信號測向方法，特別是一種虛擬時反被動測向算法的FPGA實現方法。

背景技術

隨著科學技術的飛速發展，生活便利的同時也導致了電磁環境越來越復雜。如何對盲、弱信號進行簡單且準確的測向是目前通信信號測向領域研究的熱點?，F有的經典測向算法如MUSIC測向法、比相法和ESPRIT法等都在測向時面臨各種問題。探索并發展一種在低信噪比下測向精確、運算速度快、且易于工程實現的測向技術是目前研究的重點。

1989年，以Fink等人(Fink M,Prada C,Wu F,et al.Self-focusing in inhomogeneous media with time reversal acoustic mirrors[C],IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings:2.Montreal,1989:681-686.)提出的時間反轉理論為基礎，測向技術有了飛速發展。尤其在超聲波和水聲等領域國內外專家學者有了較為深刻的研究，技術也不斷更新。但是在電磁領域的研究展開的較晚，直到2004年，G.Lerosey等人(Lerosey G,DerodeA,Fink M.Time reversal of electromagnetic waves[J],Physical Review Letters,2004,92:193904.)才將該理論引入電磁實驗中。雖然目前的研究已經有了很大的進步和發展，但是大部分的研究都是主動測向，其隱蔽性和安全性不高。在電子對抗、航天、航空等領域，更為需要的是一種被動測向方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高運算速度，具有良好的實時性的虛擬時反被動測向算法的FPGA實現方法。

本發明的目的是這樣實現的：

虛擬時反被動測向系統的組成包括A/D采集模塊、DDR3數據傳遞模塊、虛擬時反被動測向并行算法的FPGA實現模塊、上位機。A/D采集模塊采集一段待測的盲信號存入DDR3數據傳遞模塊中，對所采集的盲信號進行頻譜分析后，將與之對應的時延補償點數據也存在DDR3數據傳遞模塊中，通過尋址方式將DDR3數據傳遞模塊的數據寫入虛擬時反被動測向并行算法的FPGA實現模塊進行時延補償使信號波形對齊，將對齊的N通道天線陣元信號累加求和、取絕對值運算，把運算結果存入通過DDR3數據傳遞模塊再上傳至上位機進行能量最大值搜索，找到的最大能量值所對應的位置即為信源所在方向。

本發明還可以包括：

1、A/D采集模塊采集一段待測的盲信號存入DDR3數據傳遞模塊中具體為：A/D采集模塊采集N通道的信源信號數據，通過DMA方式將采集的數據即N通道信號存入DDR3數據傳遞模塊中已分配好的區域，數據點數N_S的計算公式為：

N_S＝N×T×F

其中，N為通道數，T為采樣時長，F采樣頻率。

2、N通道的信源信號來自天線陣，所述天線陣陣心與坐標系原點重合，天線陣元均勻布放，陣半徑為r₀，信源S(t)的空間位置為(X_S,Y_S,Z_S)，信源與坐標系原點的距離為d，信源在XOY平面上的投影S′(t)的空間位置為(X_S,Y_S,0)，投影點的方位角即為信源的方位角，信源的方位角和俯仰角分別用θ和表示，信源坐標與方位角和俯仰角的關系為：

因為陣元是均勻分布的，所以第k個陣元的坐標表示為：

式中，k＝1,2,…,N，N為天線陣的陣元總數。

3、上位機中存有預先算出的時延補償表文件，將測頻結果傳給上位機，上位機將從時延補償表文件中取出與測頻結果對應的時延補償表，并通過PCIE傳送至DDR3中已分配好的區域內，補償點數據個數N_D為：

式中，N_D由方位補償點和俯仰補償點共同組合。

4、DDR3中的數據通過DMA控制，取入虛擬時反被動測向并行算法的FPGA實現模塊中，通過運算獲得方位掃描點和俯仰掃描點的能量值，具體包括：

1)方位測向：沿著一條掃描環線搜索信號能量最大值，該掃描環線為任意形狀的封閉曲線，