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基于DSP的信号DOA估计算法研究

作　者: 黄秋钦
导　师: 何子述
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 天线阵列 DOA ADSP TS201
分类号: TN911.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


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ADSP TS201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、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(DOA)估计的相关算法,文中详细介绍了基于均匀圆阵的信号DOA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MATLAB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DSP(ADSP TS201)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。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MVDR算法和基于改进PASTd的MUSIC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DOA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DOA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论,为信号源空间谱估计的实际工程实现提供参考。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题研究背景和意义  10-12
  1.2 研究历史和发展现状  12-14
    1.2.1 空间谱估计技术的研究历史和发展现状  12-13
    1.2.2 UCA 测向算法的研究历史和发展现状  13-14
  1.3 本文主要工作  14-15
  1.4 论文结构安排  15-16
第二章 信号模型及接收阵列模型分析  16-30
  2.1 窄带信号模型分析  16-19
    2.1.1 窄带信号定义及模型  16-18
    2.1.2 阵列中的窄带信号模型  18-19
  2.2 任意阵列模型  19-22
    2.2.1 方向图乘积原理  19-20
    2.2.2 任意阵列方向图函数  20-22
  2.3 均匀圆阵理论与性能分析  22-29
    2.3.1 均匀圆阵方向图函数  22-24
    2.3.2 均匀圆阵主瓣宽度  24-26
    2.3.3 均匀圆阵阵元间距的确定  26-27
    2.3.4 均匀圆阵列天线系统的性能分析  27-29
  2.4 波达方向估计性能的参数  29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 基于均匀圆阵DOA 估计算法及仿真  30-52
  3.1 基于迭代求逆的圆阵MVDR 算法  30-36
    3.1.1 基于迭代求逆的圆阵MVDR 算法原理介绍  30-32
    3.1.2 算法仿真及性能分析  32-36
  3.2 基于改进PASTd 的圆阵MUSIC 算法  36-46
    3.2.1 均匀圆阵MUSIC 算法原理介绍  36-38
    3.2.2 PASTd 算法基本原理及改进  38-40
    3.2.3 算法仿真及性能分析  40-46
  3.3 基于改进PASTd 的圆阵ESPRIT 算法  46-51
    3.3.1 均匀圆阵ESPRIT 算法基本原理介绍  46-50
    3.3.2 算法仿真及性能分析  50-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章 DSP 硬件系统及ADSP-TS201 软件设计  52-63
  4.1 ADSP-TS201 芯片及开发环境  52-54
    4.1.1 ADSP-TS201 芯片  52-53
    4.1.2 Visual DSP++集成开发环境  53-54
  4.2 DSP 硬件系统介绍  54-57
    4.2.1 空间谱估计测向系统的结构  54-57
  4.3 ADSP-TS201 软件设计  57-62
    4.3.1 DSP 编程的寄存器使用  57-58
    4.3.2 C 语言与汇编语言混合编程的调用  58-59
    4.3.3 DMA 建立  59-60
    4.3.4 中断控制  60
    4.3.5 乒乓操作  60-62
  4.4 ADSP-TS201 程序优化  62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 基于DSP 的DOA 估计算法实现  63-81
  5.1 系统的技术指标分析  63-67
    5.1.1 整个系统数据传输分析  63-66
    5.1.2 系统指标要求  66-67
  5.2 基于迭代求逆的MVDR 算法实现  67-74
    5.2.1 基于迭代求逆的MVDR 算法的硬件实现  67-68
    5.2.2 仿真实验和性能分析  68-74
  5.3 基于改进PASTd 的MUSIC 算法实现  74-80
    5.3.1 基于改进PASTd-MUSIC 算法的硬件实现  74-75
    5.3.2 仿真实验和性能分析  75-80
  5.4 本章小结  80-81
第六章 总结与展望  81-83
致谢  83-84
参考文献  84-87
在校期间研究成果  87-88

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信息论 > 信号检测与估计
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