基于cordic算法的无线信号测向方法
【专利摘要】本发明涉及基于CORDIC算法的无线信号测向方法，包括：a.对AD采样数据预处理后换为复信号输出；b.对预处理的输出信号进行自相关矩阵的求解并输出；c.根据基于CORDIC算法的MVDR算法，完成伴随矩阵中各个代数余子式的求解和输出；d.进行空间谱数据计算，并将计算结果顺序写入存储单元中，完成空间谱的构建过程；e.读取所述存储单元中的空间谱数据，完成信号个数的判定和信号方向的搜索。本发明基于CORDIC算法的无线信号测向方法，与普通的MVDR测向方法相比，能够对多达3个信号的来波方向进行估计，并且大大减少硬件实现时的逻辑资源和乘法器资源消耗，同时保证测向精确度，从而在整体上极大程度的提高了MVDR测向方法的性能。
【专利说明】基于CORDIC算法的无线信号测向方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及阵列信号处理中的DOA (波达方向)估计领域，特别涉及DOA估计算法硬件实现过程中一种优化的基于CORDIC算法的无线信号测向方法。
【背景技术】
[0002]波达方向(DOA,Direction of arrival)估计,或称空间谱估计是阵列信号处理的一个主要研究领域，在军事和民用领域都有着重要的应用。
[0003]在军事领域，电子对抗作为一种常见且十分有效的手段正发挥着越来越重要的作用，其中有源电子干扰又是最常用的手段之一。有源电子干扰设备具有价格低廉、便携性强、干扰能力强等特点，能有 效干扰对方电子设备的正常工作。若在空间中存在一个或多个较强的有源干扰，雷达天线将无法对真正的目标进行准确探测，会导致通信中断、导航定位系统失效等严重后果。
[0004]由于在当代军事领域中，有源电子干扰已成为一个普遍的问题，因此许多抗干扰的手段被应用到各种武器装备中。然而仅仅依靠抗干扰还不足以完全占据主导地位，因为对于任何系统，其抗干扰能力总是有限的。如果能够准确地测定有源干扰的方向和位置，将大大提高己方电子设备的生存能力，并且为避开干扰或摧毁干扰源提供了可能。
[0005]在民用领域，无线电频谱是一种宝贵的资源，因而对非法信号源的测向定位是各级无线电监测部门的主要职责之一。无线电监测部门不仅需要测量非法信号的功率、频率和带宽等参数，还需要对非法信号源进行测向定位，以便有效地排除其影响。此外，在考场秩序维护、卫星干扰源排除等方面DOA估计也有比较重要的应用。
[0006]目前常用的测向方法主要包括干涉仪法、MVDR算法(最小方差无畸算法)和子空间类算法等。由于计算简单，干涉仪法在实际工程中应用最为广泛，但是干涉仪要求一个频率只能存在一个信号，对于存在多个信号的场合将完全失效。子空间类算法计算量通常较大，另外往往需要对信号源个数进行精确估计，复杂度较高。在很多场合的应用受到了一定的限制。比较而言，MVDR算法能对同一频率上的多个信号进行测量，计算量适中，因此也得到了较广泛的应用。
[0007]如图1所示的圆阵，阵元数为M,半径为Rtl,选择圆心为参考点。设一载波频率为f0的远场窄带信号MO入射到均匀圆阵上，入射角度为⑷#)。?⑷可表示为复数形式
[0008]s (i) =(I)
[0009]其中s(t)是信号的复包络，且是缓慢变化的。设阵元m相对于参考点的传播
延迟为τ m，m=0, I,…M-1，设参考点处接收到的信号为Η?，则阵元m处接收到的信号表达式为
[0010]Xm [t) = i>[t-Tm) = s[t-Tm)Qjl^h1-1 士(2)
[0011]令Ym=2 3im/M, β =2 π / λ ,则阵元m的位置坐标可以表示为Pm= [R0COS Y RtlSin Y m，O]，信号的入射方向单位向量为 r = - [sin " cos sin O sin 妁 cos 0]，所
以阵元m相对于参考点的传播延迟τπ可以表示为[0012]
【权利要求】
1.基于CORDIC算法的无线信号测向方法，其特征包括: a.首先通过预处理模块对接收到AD采样数据进行预处理，将其转换为复信号输出； b.通过自相关矩阵求解模块对预处理的输出信号进行自相关矩阵的求解并输出； c.再在伴随矩阵求解模块中根据基于CORDIC算法的MVDR算法，分多个时钟节拍依次完成伴随矩阵中各个代数余子式的求解，将求解后的结果并行输出； d.空间谱构建模块根据伴随矩阵求解的输出信号进行空间谱数据计算，并将计算结果顺序写入存储单元中，完成空间谱的构建过程； e.空间谱搜索模块在空间谱构建完成信号的控制下，读取所述存储单元中的空间谱数据，完成信号个数的判定和信号方向的搜索。
2.如权利要求1所述的基于CORDIC算法的无线信号测向方法，其特征为:所述的伴随矩阵求解模块和空间谱构建模块均采用折叠结构。
3.如权利要求1所述的基于CORDIC算法的无线信号测向方法，其特征为:步骤a中所述的预处理包括对AD采样数据进行去均值、Hilbert变换和自动增益控制信号处理。
4.如权利要求3所述的基于CORDIC算法的无线信号测向方法，其特征为:通过FIR高通滤波器对AD采样数据进行去均值。
5.如权利要求1所述的基于CORDIC算法的无线信号测向方法，其特征为:预处理模块中具有4个处理阵元，每个处理阵元对AD采样数据预处理后，各处理阵元均分为IQ两路并行输出数据。
6.如权利要求1所述的基于CORDIC算法的无线信号测向方法，其特征为:步骤c的伴随矩阵求解模块通过加减运算单元和两个复数乘法运算单元，分多个时钟节拍依次完成伴随矩阵中各个代数余子式的求解。
7.如权利要求1所述的基于CORDIC算法的无线信号测向方法，其特征为:步骤d的空间谱构建模块通过加减运算单元和两个复数乘法运算单元完成所述的空间谱的构建过程。
8.如权利要求6或7所述的基于CORDIC算法的无线信号测向方法，其特征为:在所述的复数乘法运算单元中通过移位运算和加法运算实现乘法运算。
9.如权利要求1至7之一所述的基于CORDIC算法的无线信号测向方法，其特征为:步骤e中空间谱搜索模块对信号个数的判定和信号方向的搜索的步骤包括: el.判断存储单元中是否有空间谱数据，如果没有结束所述判定和搜索； e2.取矩阵第j?j+9列，搜索局部极小值，其中j为按列进行搜索时列坐标的索引； e3.记录所述极小值及对应的RAM地址； e4.判断是否遍历完所有空间谱数据，如果没有则设j=j+8后返回步骤e2重复执行，遍历完成后取最小的三个极小值坐标作为信号个数的判定和信号方向的判定。
【文档编号】G06F19/00GK103914625SQ201410142679
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】黄宇声, 黄超, 董祥雷, 姜雯献, 李朝海 申请人:电子科技大学