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实时阵列处理系统中的数据控制与波束形成实现

作　者: 梁炎夏
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: 阵列信号处理数据传输控制波束形成实现 FPGA ADSP TS201S
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 170次
引　用: 1次
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内容摘要

波束形成及其工程实现是阵列信号处理领域的一个重要研究内容。阵列信号处理系统的数据传输有着数据量大、实时性强以及速度快等特点,如何让这些高速实时的数据在一个有序而可靠的环境中传输,并有效完成信号DOA、DBF等处理是阵列处理系统中的一个关键技术。本论文结合9阵元圆阵空间谱测向及波束形成系统的硬件平台,对信号处理板上的实时数据传输控制、波束形成算法及其在硬件系统上的实现进行了研究。本文首先针对系统阵列结构形式,对系统信号接收模型和圆阵模型进行了研究,针对圆阵波束图旁瓣过高的特点,采用了一种圆阵转为虚拟线阵,然后再应用Dolph- Chebyshev方法以降低阵列旁瓣的算法,有利于阵列前端接收。然后详细介绍了几种适用于系统工程实现的波束形成算法:MVDR波束形成算法,广义旁瓣对消波束形成算法及Zatman宽凹口波束形成算法,并对这些算法的性能进行了MATLAB仿真与分析,另外,考虑到工程实际,还分析了系统存在的通道幅相不一致对波束形成的影响。此外,论文还简要介绍了系统的结构和组成原理,并针对系统数据传输的特点,详细介绍了信号处理板上实时数据的传输控制,包括数据的解包和打包,FPGA和DSP间的数据传输,以及光纤传输等。最后,论文结合前面算法的仿真结果,选择MVDR算法和Zatman宽凹口波束形成算法进行DSP软件实现,并针对系统实时性的要求对软件进行了优化,优化后的两个波束形成程序均满足系统实时性的要求,调试结果也验证了程序的正确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 相关技术的发展历史和动态  10-12
  1.3 论文研究内容与结构安排  12-13
第二章信号模型与阵列模型  13-27
  2.1 数据预处理  13-16
  2.2 圆阵窄带信号接收模型  16-18
  2.3 均匀圆阵方向图性能分析  18-26
    2.3.1 均匀圆阵方向图  18-20
    2.3.2 均匀圆阵方向图性能分析  20-21
    2.3.3 均匀圆阵旁瓣抑制  21-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章波束形成算法研究  27-44
  3.1 波束形成概述  27-29
  3.2 最优波束形成准则  29-31
  3.3 波束形成算法  31-36
    3.3.1 最小方差无失真响应波束形成  31-32
    3.3.2 广义旁瓣对消波束形成  32-35
    3.3.3 宽凹口波束形成  35-36
  3.4 通道幅相不一致对波束形成的影响  36-39
  3.5 仿真及分析  39-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章阵列处理系统中的数据传输控制  44-62
  4.1 系统组成与原理  44-48
    4.1.1 系统总体结构  44-46
    4.1.2 数字信道化接收机  46-47
    4.1.3 信号处理机  47-48
  4.2 芯片介绍  48-52
    4.2.1 FPGA 芯片介绍  49-50
    4.2.2 DSP 芯片介绍  50-52
  4.3 系统中的数据传输控制  52-61
    4.3.1 数据解包和重打包  53-56
    4.3.2 FPGA 与DSP 间的数据传输  56-59
    4.3.3 光纤传输  59-61
  4.4 本章小结  61-62
第五章圆阵波束形成的软件实现  62-79
  5.1 开发环境介绍  62-63
  5.2 波束形成实现方案  63-65
  5.3 MVDR 波束形成的实现  65-72
    5.3.1 Cholesky 三角分解求逆  66-68
    5.3.2 算法的具体实现  68-72
  5.4 宽凹口波束形成的实现  72-74
  5.5 程序优化及软件调试结果  74-78
  5.6 本章小结  78-79
第六章总结与展望  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-84
在校期间研究成果  84-85

实时阵列处理系统中的数据控制与波束形成实现

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