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1、电子科技大学 硕士学位论文 基于DSP的信号DOA估计算法研究 姓名：黄秋钦 申请学位级别：硕士 专业：信号与信息处理 指导教师：何子述 20100501 摘要 摘要 随着现代电子、信息技术的迅速发展，在未来的信息化战争中要求各类侦察 接收机必须要具有更宽的输入带宽、更高的分辨率及灵敏度、更强的抗干扰能力， 同时能处理多个来波信号，能适应现代更加复杂的电磁环境，且能对接收到的数 据进行实时或准实时处理等特点。本文就是基于宽带数字信道化接收机硬件平台， 采用A D S PT S 2 0 1 芯片处理信道化后的数据，最终完成信号源的方向估计。 空间谱估计技术是阵列信号处理的重要研究方向，是现在电子
2、、通信、雷达 等领域的研究热点。最近几十年，随着信号处理技术突飞猛进地发展，采用阵列 信号处理技术实现对信号源方向的估计已成为了现代侦察系统中的关键技术。因 此，本文首先研究了超分辨率信号到达角( D O A ) 估计的相关算法，文中详细介 绍了基于均匀圆阵的信号D O A 估计的相关算法，提出了具有实际应用价值的改 进算法并进行M A T L A B 仿真，实验数据验证了有关算法的正确性以及分析了这 些算法的估计性能。 另外，本文还使用集成了4 片D S P ( A D S P T S 2 0 1 ) 芯片的数字信号处理板卡作 为硬件平台，采用空间谱估计的相关算法，对宽带信号进行分频段估计。
3、为了满 足对信道化接收机接收到的海量数据进行实时性处理的要求，本文硬件实现部分 在空间谱估计算法的选择上，则重点考虑估计精度及计算量等因素。本文基于均 匀圆阵，分别采用了基于迭代求逆的M V D R 算法和基于改进P A S T d 的M U S I C 算法对子信道的数据进行实时性测向。 最后，本文完成硬件系统仿真并分析了本文所涉及的9 阵元均匀圆阵空间谱 估计系统的估计性能，主要是验证信噪比、采样数据快拍数等因素对D O A 估计 精度及分辨率等性能的影响。 本文主要是基于9 阵元均匀圆阵空间谱估计系统对信号D O A 估计技术进行 研究和分析，通过仿真、比较及分析得出一些具有实际意义的结
4、论，为信号源空 间谱估计的实际工程实现提供参考。 关键诃：天线阵歹I j ，D O A ，A D S PT S 2 0 1 A B S T R A C T A c c o r d i n gt o t h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o d e me l e c t r o n i ca n di n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , f u t u r ei n f o r m a t i o nw a r f a r er e q u i r e sa l lk i n d so fr e c o n
5、 n a i s s a n c er e c e i v e rt o h a v ew i d e ri n p u tb a n d - w i d t h , h i g h e rr e s o l u t i o na n ds e n s i t i v i t y , s t r o n g e ra n t i - i n t e r f e r e n c e a b i l i t y , t op r o c e s sm u l t i p l ea r r i v a ls i g n a la tt h es 撇t i m e ，t ob ea d a p tt
6、ot h em o r o c o m p l e xe l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n t , a n dt oh a v e t h er e a l t i m ep r o c e s s i n go r s u b r e a l - t i m ep r o c e s s i n gc h a r a c t e r i s t i c T l l i st h e s i sb a s e so no n ek i n do fw i d e - b a n d d i 西t a lc h a n n e l i
7、z e dr e c e i v e r , a c h i e v e ds i g n a ls o u r c ep o s i t i o ne s t i m a t i o nw i t hA D S P T S 2 01b yp r o c e s s i n gt h ed a t aw h i c hi sc h a n n e l i z e d S p a t i a ls p e c t r u me s t i m a t i o ni sa l li m p o r t a n ta r e ai na r r a ys i g n a lp r o c e s s
8、 i n gw h i c h i sw i d e l yu s e di nm o d e me l e c t r o n i c ，c o m m t m i c a t i o n , r a d a re t c I nr e c e n td e c a d e s ，w i t h t h eh i g h - s p e e dd e v e l o p m e n to fs i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , a r r a ys i g n a lp r o c e s s i n g t e c h n
9、o l o g yu s e dt o r e a l i z e s p a t i a ls p e c t r u me s t i m a t i o nh a sb e c o m e t h ec r i t i c a l t e c h n o l o g i e s T h e r e f o r e ，t h i st h e s i si n v e s t i g a t e dt h es u p e r - r e s o l u t i o nd i r e c t i o no fa r r i v a l ( D O A ) e s t i m a t i o
10、 na l g o r i t h m sf h s to fa l l ，e s p e c i a l l yi nt h eD O A e s t i m a t i o na l g o r i t h m s b a s e do nt h eu n i f o r mc i r c u l a ra r r a y ( U C A ) ，a n dp r o p o s e dt h em o d i f i e da l g o r i t h mf o r h a r d w a r ea p p l i c a t i o n S i m u l a t i o nr e s
11、 u l t sb a s e do nM A T L A Bv e r i f yt h ec 0 玎e c 缸l e s so f t h ep r o p o s e dm e t h o da n dd e m o n s t r a t et h ep r o p o s e dm e t h o dh a sa d v a n t a g eo n p e r f o r m a n c eo fe s t i m a t i o n I na d d i t i o n , b o a r do fs i g n a lp r o c e s s i n gw i t hi n
12、t e g r a t i n g4D S Pc h i p s ( A D S P T S 2 0 1 ) h a sb e e ne m p l o y e da sp l a t f o r mo fh a r d w a r ei nr e s e a r c h , a n ds p a t i a ls p e c m m a e s t i m a t i o na l g o r i t h m sh a v eb e e nu s e dt oe s t i m a t et h ew i d e b a n ds i g n a lb yb a n dp a r t i t
13、 i o n I no r d e rt of u l f i l lt h er e q u i r e m e n to fr e a lt i m ep r o c e s s i n gw h e nc h a n n e l i z a t i o nr e c e i v e r p r o c e s sn u m e r o u sd a t e ，t h ea c c u r a c y a n do p e r a t i o no fe s t i m a t i o nh a v eb e e n e m p h a t i c a l l yc o n s i d e
14、 r a t i o ni ns e l e c t i o no fa l g o r i t h mf o ri m p l e m e n t a t i o no f h a r d w a r e I nt h i st h e s i s ，t h em o d i f i e dP A S T da l g o r i t h mi su s e df o rM U S I Ca n dt h ei t e r a t i v e s o l u t i o no fi n v e r s em a t r i c e sa l g o r i t h mf o rM V D R
15、b a s e do nU C At oe s t i m a t et h e d i r e c t i o ni ns u b - c h a n n e ld a t e F i n a l l y , t h i st h e s i sf o c u s e so nt h ea c h i e v e m e n to fh a r d w a r es i m u l a t i o na n d A B S T R A C T a n a l y s i so fD O Ae s t i m a t i o np e r f o r m a n c eb a s e do n
16、t h e9 - e l e m e n tU C As y s t e m ，a n d i n v e s t i g a t e sr e l a t i o n s h i pb e t 、) l J r e e nt h es y s t e mp a r a m e t e r - n o i s ep o w e rs p e c t r a ld e n s i t y r a t i oa n ds n a p s h o to fs a m p l ea n dt h ee s t i m a t i o np e r f o r m a n c es u c ha sa c c u r a c ya n d r e s o l u t i o no fD O Ae s t i m a t i o na l g o r i t h m I nt h i st h e s i s ，i ti si n - d e p t ha n a l y z e da n dr e s e a r c h e dD O A a l g
