实时阵列处理系统中的数据控制与波束形成实现

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景及意义

1.2相关技术的发展历史和动态

1.3论文研究内容与结构安排

第二章信号模型与阵列模型

2.1数据预处理

2.2圆阵窄带信号接收模型

2.3均匀圆阵方向图性能分析

2.3.1均匀圆阵方向图

2.3.2均匀圆阵方向图性能分析

2.3.3均匀圆阵旁瓣抑制

2.4本章小结

第三章波束形成算法研究

3.1波束形成概述

3.2最优波束形成准则

3.3波束形成算法

3.3.1最小方差无失真响应波束形成

3.3.2广义旁瓣对消波束形成

3.3.3宽凹口波束形成

3.4通道幅相不一致对波束形成的影响

3.5仿真及分析

3.6本章小结

第四章阵列处理系统中的数据传输控制

4.1系统组成与原理

4.1.1系统总体结构

4.1.2数字信道化接收机

4.1.3信号处理机

4.2芯片介绍

4.2.1 FPGA芯片介绍

4.2.2 DSP芯片介绍

4.3系统中的数据传输控制

4.3.1数据解包和重打包

4.3.2 FPGA与DSP间的数据传输

4.3.3光纤传输

4.4本章小结

第五章圆阵波束形成的软件实现

5.1开发环境介绍

5.2波束形成实现方案

5.3 MVDR波束形成的实现

5.3.1 Cholesky三角分解求逆

5.3.2算法的具体实现

5.4宽凹口波束形成的实现

5.5程序优化及软件调试结果

5.6本章小结

第六章总结与展望

致谢

参考文献

在校期间研究成果