基于FPGA的STAP实现技术研究

摘要

空时自适应处理（Space-Time-Adaptive-Processing,STAP）算法能够有效地抑制杂波和干扰。经过四十多年的发展，STAP算法的基础理论已比较成熟，目前其工程实现研究是该领域的主要研究方向之一。STAP算法工程实现的关键就是实时计算出自适应权值。近些年，现场可编程门阵列（FPGA）技术在数字信号处理领域得到了广泛应用。为此，围绕基于FPGA的STAP实现技术及其自适应权值计算展开了研究，主要内容如下：
　　1.提出了一种基于 QRD_MGS算法的无开方 STAP权值计算算法。采用Modified Gram Schmidt QR分解算法（QRD_MGS）能够避免直接估计协方差矩阵及其求逆运算。针对基于QRD_MGS求解STAP权值的传统算法中存在冗余开方运算这一不足，提出了一种无开方权值计算方法。该方法通过对原始上三角矩阵等价变形，使其每个元素由未开方值表示，从而省去了开方操作。无开方算法方法相对原方法而言，规避了开方运算，减少了除法计算量，并提高了权值计算精度，同时算法结构更适合硬件实时实现。
　　2.研究了无开方QRD_MGS算法的FPGA实现技术。深入分析了该算法的内在并行性，并将其划分成五个任务。为降低任务时钟开销，设计了子任务划分策略。该策略将任务分解为若干子任务，各子任务流水执行，并充分利用子任务间的并行特点覆盖时钟消耗。基于此，设计并实现了其FPGA并行映射结构。
　　3.研究了自适应权值回代求解算法在FPGA的实现技术。深入分析了回代算法的执行过程，并对该算法的内在并行性进行了开发。根据前、后向回代输入数据的不同时序特点，分别设计了不同的并行计算结构。其中，前向回代过程结构具有覆盖矩阵分解时钟开销的优点；而后向回代计算结构采用局部并行策略，减少了时钟开销，节省了乘法器、加法器等硬件资源。
　　4.设计了一种降维STAP算法的FPGA映射方案。深入研究了降维STAP算法的处理流程，对其内在并行性进行了仔细分析，并将该算法的执行过程总结为了五步。对每步的局部并行性进行了开发，设计了局部并行、全局流水的并行映射策略，及其多片FPGA并行实现结构。该并行映射方案充分开发了算法的空间、时间并行性，提升了执行效率。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究历史与现状

1.3研究内容及结构

第二章 空时自适应处理原理

2.1 引言

2.2 全空时自适应处理

2.3 降维STAP原理

2.4 几种经典的降维STAP算法

2.5 本章小结

第三章 无开方权值计算研究

3.1 引言

3.2 基于QRD_MGS算法的权值计算

3.3 无开方权值计算

3.4 仿真实验

3.5 本章小结

第四章 无开方QRD_MGS算法实现研究

4.1 引言

4.2 开发环境简介

4.3算法并行策略分析

4.4方案设计

4.5 模块设计与实现

4.6 仿真与板级调试

4.7 本章小结

第五章 回代算法实现研究

5.1 引言

5.2回代算法分析

5.3 方案设计与实现

5.4 仿真与板级调试

5.5 本章小结

第六章 STAP算法实现技术研究

6.1 引言

6.2 STAP处理系统介绍

6.3 算法映射分析

6.4 设计与实现方案

6.5资源耗用评估

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果