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一種短波二維波達方向估計數字處理模塊的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，包括10片A/D轉換芯片、三片數字下變頻芯片、FPGA芯片以及OMAP芯片；A/D轉換芯片將采集到的模擬信號轉換為數字信號、并將轉換后的數字信號分別送給三片數字下變頻芯片；三片數字下變頻芯片將接受到的數字信號進行數字下變頻處理、并將處理后的10路變頻信號送到FPGA芯片；FPGA芯片對接受到的10路變頻信號進行濾波和二維波達方向估計運算，將估計得到的二維波達的俯仰角信息送給OMAP芯片；OMAP芯片將FPGA高速串口送來的二維波達的俯仰角、方位角數據轉換成并行總線數據送給CPCI接口芯片。采用處理能力較強的OMAP芯片和FPGA芯片，實現對短波信號進行二維波達方向估計，具有良好的軟件可移植性；同時采用CPCI總線，通用性強。
【專利說明】一種短波二維波達方向估計數字處理模塊
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子電路設計，具體涉及一種短波二維波達方向估計數字處理模塊。【背景技術】
[0002]智能天線作為移動通信系統中的核心技術，可以有效地對抗干擾信號，提高通信質量和通信的可靠性。短波通信由于存在時變衰落和干擾信號多的情況，常常接收信噪比低、通信效果差。將智能天線技術應用到短波通信中，可以改善通信的效果。波達方向估計是智能天線中的關鍵技術，通過判斷信號的來波方向，自動調整發射和接收方向圖，使它在干擾方向形成零陷，將干擾信號抵消，而在有用信號方向形成主波束，以達到提高信號增益、抑制干擾的效果。在實際的短波通信環境中，波達方向是二維的，需要采用二維波達方向估計算法估計來波的俯仰角。
[0003]以往的數字處理模塊常采用DSP+CPLD或DSP+FPGA的電路組合形式，DSP芯片種類很多，各芯片的語言也有所不同，給軟件移植帶來諸多不便。

【發明內容】

[0004]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，采用處理能力較強的OMAP芯片和FPGA芯片，實現對短波信號進行二維波達方向估計，具有良好的軟件可移植性；通過對10路短波通道的中頻信號采樣和處理，采用新型的電路結構和高效的算法，可以快速準確的識別出短波信號二維波達方向；同時采用CPCI總線，通用性強。
[0005]本發明的技術方案是:一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，包括10片A/D轉換芯片、3片數字下變頻芯片、FPGA芯片以及OMAP芯片；
[0006]所述Α/D轉換芯片將采集到的模擬信號轉換為數字信號、并將轉換后的數字信號分別送給3片數字下變頻芯片；
[0007]3片數字 下變頻芯片將接受到的數字信號進行數字下變頻處理、并將處理后的10路變頻信號送到FPGA芯片；
[0008]FPGA芯片對接受到的10路變頻信號進行濾波和二維波達方向估計運算，將估計得到的二維波達的俯仰角和方位角信息送給OMAP芯片；
[0009]OMAP芯片將FPGA高速串口送來的二維波達的俯仰角、方位角數據轉換成并行總線數據送給CPCI接口芯片。
[0010]進一步的，所述短波二維波達方向估計數字處理模塊采用CPCI總線形式。
[0011]進一步的，所述短波二維波達方向估計數字處理模塊由程序存儲芯片EPCS16向FPGA芯片加載程序。
[0012]進一步的，所述二維波達方向估計運算基于雙平行線性陣列的矩陣法，具體步驟如下:
[0013]設有K個短波信號從遠場入射到平行陣列，其中K(K≤5)，信號s(t) = [Sl(t)，…，sK(t)];陣元1-5收到的信號為X(t) = [χια)，...，χ5α)]，陣元6-10收到的信號計為Y(t)=[y6(t), - ,y10(t)],Nx(t) ^PNy(t)分別是陣元1-5和陣元6-10的噪聲矢量，A為方向矢量，φ為KxK的對角矩陣；如下式所示:
[0014]X(t) = As (t) +Nx (t),
[0015]Y (t) = A Φ s (t) +Ny (t)；
[0016]先計算X (t)的自協方差矩陣:
[0017]Rxx = E [X (t) Xh ⑴]；
[0018]再計算X(t)和Y(t)的互協方差矩陣:
[0019]Ryx = E[Y(t)XH(t)]；
[0020]求取波達方向矩陣為:
[0021]R = Rix R v ；
[0022]其中#表示偽逆；接著對波達方向矩陣R進行特征分解，可以計算出其第k(k =1，...，κ)個信號的非零特征值Ok和相應的特征向量uk，進而可以求得方向角:
【權利要求】
1.一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，其特征在于:包括10片A/D轉換芯片、3片數字下變頻芯片、FPGA芯片以及OMAP芯片； 所述A/D轉換芯片將采集到的模擬信號轉換為數字信號、并將轉換后的數字信號分別送給3片數字下變頻芯片； .3片數字下變頻芯片將接受到的數字信號進行數字下變頻處理、并將處理后的10路變頻信號送到FPGA芯片； FPGA芯片對接受到的10路變頻信號進行濾波和二維波達方向估計運算，將估計得到的二維波達的俯仰角信息送給OMAP芯片； OMAP芯片將FPGA高速串口送來的二維波達的俯仰角、方位角數據轉換成并行總線數據送給CPCI接口芯片。
2.根據權利要求1所述的一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，其特征在于:所述短波二維波達方向估計數字處理模塊采用CPCI總線形式。
3.根據權利要求2所述的一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，其特征在于:所述短波二維波達方向估計數字處理模塊由程序存儲芯片EPCS16向FPGA芯片加載程序。
4.根據權利要求1所述的一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，其特征在于:所述二維波達方向估計運算采用基于雙平行線性陣列的矩陣法，具體步驟如下: 設有K個短波信號從遠場入射到平行陣列，其中K(K≤5)，信號s(t) = [Sl(t)^..，sK(t)];陣元1-5收到的信號為X(t) = [χια)，...，χ5α)]，陣元6-10收到的信號計為Y(t)=[y6(t), - ,y10(t)],Nx(t) ^PNy(t)分別是陣元1-5和陣元6-10的噪聲矢量，A為方向矢量，φ為KxK的對角矩陣；如下式所示:
X(t) = As (t) +Nx (t),
Y (t) = A Φ s (t) +Ny (t)； 先計算X(t)的自協方差矩陣:
Rxx = E[X(t)XH(t)]； 再計算X(t)和Y(t)的互協方差矩陣:
Ryx = E[Y(t)XH(t)]； 求取波達方向矩陣為: R = R R；
yx XX， 其中#表示偽逆；接著對波達方向矩陣R進行特征分解，可以計算出其第k(k =1，...，Κ)個信號的非零特征值Ok和相應的特征向量uk，進而可以求得方向角:
5.根據權利要求1所述的一種短波二維波達方向估計數字處理模塊，其特征在于:所述二維波達方向估計運算采用基于L型陣列的聯合奇異值分解法，具體步驟如下: 設有K個短波信號從遠場入射到平行陣列，其中K(K≤5)，信號s(t) = [Sl(t)^..，sK⑴];陣元1-5收到的信號為X⑴，陣元6-10收到的信號為Z (t)，Nx⑴和Nz⑴分別是陣元1-5和陣元6-10的噪聲矢量，A ( a )、A ( Θ )，如下式:
X (t) = A ( a ) s (t) +Nx (t),
Z(t) = Α( Θ ) s (t) +Nz (t)； 其中:
Α(α) = [ a ((J)1), α ( φ 2)，...，α ( φ k)，...，α ( φ κ)]，
Α( θ ) = [ α (O1), α ( θ 2), , α ( θ k), , α ( θ κ)],
Ω.? Qd _ Qgd Ω q d
—j-cos— j-X 2 cos φι^ — j-X 3 cos— j-χ 4cos α(^) 二 [l,e c ，e ‘，e c，e c],
Q.nd Ω nd Qnd Ω nd
-j-cos Ok - j-X 2 cos Qk - j-X3 cos Qk - j-x 4 cos Ok ?(^) = [l,e c ,e c,e c, e c]； 計算X(t)和Z(t)的互協方差矩陣:
Rxz = E[X(t)ZH(t)]； 將Rxz分為兩個5X4維的子矩陣:
Rxz,I = Rxz(山:4)，
Rxz,2 = Rxz(:，2:5)； 將子矩陣Rxzil和Rxz,2組成新的矩陣R:
【文檔編號】G01S3/14GK103995248SQ201410182875
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】陳立明, 俞春華 申請人:熊貓電子集團有限公司, 南京熊貓漢達科技有限公司