一种短波二维波达方向估计数字处理模块

摘要

本发明提供一种短波二维波达方向估计数字处理模块，包括10片A/D转换芯片、3片数字下变频芯片、FPGA芯片以及OMAP芯片；A/D转换芯片将采集到的模拟信号转换为数字信号、并将转换后的数字信号分别送给3片数字下变频芯片；3片数字下变频芯片将接受到的数字信号进行数字下变频处理、并将处理后的10路变频信号送到FPGA芯片；FPGA芯片对接受到的10路变频信号进行滤波和二维波达方向估计运算，将估计得到的二维波达的俯仰角信息送给OMAP芯片；OMAP芯片将FPGA高速串口送来的二维波达的俯仰角、方位角数据转换成并行总线数据送给CPCI接口芯片。采用处理能力较强的OMAP芯片和FPGA芯片，实现对短波信号进行二维波达方向估计，具有良好的软件可移植性；同时采用CPCI总线，通用性强。

主权项

一种短波二维波达方向估计数字处理模块，其特征在于：包括10片A/D转换芯片、3片数字下变频芯片、FPGA芯片以及OMAP芯片；所述A/D转换芯片将采集到的模拟信号转换为数字信号、并将转换后的数字信号分别送给3片数字下变频芯片；3片数字下变频芯片将接受到的数字信号进行数字下变频处理、并将处理后的10路变频信号送到FPGA芯片；FPGA芯片对接受到的10路变频信号进行滤波和二维波达方向估计运算，将估计得到的二维波达的俯仰角信息送给OMAP芯片；OMAP芯片将FPGA高速串口送来的二维波达的俯仰角、方位角数据转换成并行总线数据送给CPCI接口芯片；所述二维波达方向估计运算采用基于L型阵列的联合奇异值分解法，具体步骤如下：设有K个短波信号从远场入射到平行阵列，其中K(K≤5),信号s(t)＝[s₁(t),…,s_K(t)]；阵元1‑5收到的信号为X(t)，阵元6‑10收到的信号为Z(t)，N_x(t)和N_z(t)分别是阵元1‑5和阵元6‑10的噪声矢量，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)]，$\alpha \left({\phi }_k\right)=[1,e^{-j\frac{{\Omega }_{0}d}{c}{\mathrm{cos\phi }}_k},e^{-j\frac{{\Omega }_{0}d}{c}\times 2{\mathrm{cos\phi }}_k},e^{-j\frac{{\Omega }_{0}d}{c}\times 3{\mathrm{cos\phi }}_k},e^{-j\frac{{\Omega }_{0}d}{c}\times 4{\mathrm{cos\phi }}_k}],$$\alpha \left({\theta }_k\right)=[1,e^{-j\frac{{\Omega }_{0}d}{c}{\mathrm{cos\theta }}_k},e^{-j\frac{{\Omega }_{0}d}{c}\times 2{\mathrm{cos\theta }}_k},e^{-j\frac{{\Omega }_{0}d}{c}\times 3{\mathrm{cos\theta }}_k},e^{-j\frac{{\Omega }_{0}d}{c}\times 4{\mathrm{cos\theta }}_k}];$计算X(t)和Z(t)的互协方差矩阵：R_xz＝E[X(t)Z^H(t)]；将R_xz分为两个5×4维的子矩阵：R_xz,1＝R_xz(:1,:4)，R_xz,2＝R_xz(:,2:5)；将子矩阵R_xz,1和R_xz,2组成新的矩阵R：对矩阵R进行奇异值分解，可以计算出左奇异矢量U₁，将U₁分为两个5×K维子阵U₁₁和U₁₂：$U_1=\left[\begin{array}{c}{U}_{11}\\ U_{12}\end{array}\right];$求取#表示逆阵；然后可以计算出其第k(k＝1,…,K)个特征值γ_k，从而可求得俯仰角和方位角：俯仰角：${\theta }_k=\arccos \left[\frac{\arg \left({\gamma }_k\right)}{2\pi d/\lambda }\right],$${\alpha }_k=\underset{\phi }{\arg \max }\frac{\left|a^H\left(\phi \right){\hat{A}}_{\left(k\right)}\left(\phi \right)\right|}{\left|\right|a\left(\phi \right)|{|}^2},$方位角：${\phi }_k=\arcsin \left[\frac{{\mathrm{cos\alpha }}_k}{{\mathrm{sin\theta }}_k}\right].$