[发明专利]虚拟时反被动测向算法的FPGA实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种通信信号测向方法，特别是一种虚拟时反被动测向算法的FPGA实现方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，生活便利的同时也导致了电磁环境越来越复杂。如何对盲、弱信号进行简单且准确的测向是目前通信信号测向领域研究的热点。现有的经典测向算法如MUSIC测向法、比相法和ESPRIT法等都在测向时面临各种问题。探索并发展一种在低信噪比下测向精确、运算速度快、且易于工程实现的测向技术是目前研究的重点。

1989年，以Fink等人(Fink M,Prada C,Wu F,et al.Self-focusing in inhomogeneous media with time reversal acoustic mirrors[C],IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings:2.Montreal,1989:681-686.)提出的时间反转理论为基础，测向技术有了飞速发展。尤其在超声波和水声等领域国内外专家学者有了较为深刻的研究，技术也不断更新。但是在电磁领域的研究展开的较晚，直到2004年，G.Lerosey等人(Lerosey G,DerodeA,Fink M.Time reversal of electromagnetic waves[J],Physical Review Letters,2004,92:193904.)才将该理论引入电磁实验中。虽然目前的研究已经有了很大的进步和发展，但是大部分的研究都是主动测向，其隐蔽性和安全性不高。在电子对抗、航天、航空等领域，更为需要的是一种被动测向方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高运算速度，具有良好的实时性的虚拟时反被动测向算法的FPGA实现方法。

本发明的目的是这样实现的：

虚拟时反被动测向系统的组成包括A/D采集模块、DDR3数据传递模块、虚拟时反被动测向并行算法的FPGA实现模块、上位机。A/D采集模块采集一段待测的盲信号存入DDR3数据传递模块中，对所采集的盲信号进行频谱分析后，将与之对应的时延补偿点数据也存在DDR3数据传递模块中，通过寻址方式将DDR3数据传递模块的数据写入虚拟时反被动测向并行算法的FPGA实现模块进行时延补偿使信号波形对齐，将对齐的N通道天线阵元信号累加求和、取绝对值运算，把运算结果存入通过DDR3数据传递模块再上传至上位机进行能量最大值搜索，找到的最大能量值所对应的位置即为信源所在方向。

本发明还可以包括：

1、A/D采集模块采集一段待测的盲信号存入DDR3数据传递模块中具体为：A/D采集模块采集N通道的信源信号数据，通过DMA方式将采集的数据即N通道信号存入DDR3数据传递模块中已分配好的区域，数据点数N_S的计算公式为：

N_S＝N×T×F

其中，N为通道数，T为采样时长，F采样频率。

2、N通道的信源信号来自天线阵，所述天线阵阵心与坐标系原点重合，天线阵元均匀布放，阵半径为r₀，信源S(t)的空间位置为(X_S,Y_S,Z_S)，信源与坐标系原点的距离为d，信源在XOY平面上的投影S′(t)的空间位置为(X_S,Y_S,0)，投影点的方位角即为信源的方位角，信源的方位角和俯仰角分别用θ和表示，信源坐标与方位角和俯仰角的关系为：

因为阵元是均匀分布的，所以第k个阵元的坐标表示为：

式中，k＝1,2,…,N，N为天线阵的阵元总数。

3、上位机中存有预先算出的时延补偿表文件，将测频结果传给上位机，上位机将从时延补偿表文件中取出与测频结果对应的时延补偿表，并通过PCIE传送至DDR3中已分配好的区域内，补偿点数据个数N_D为：

式中，N_D由方位补偿点和俯仰补偿点共同组合。

4、DDR3中的数据通过DMA控制，取入虚拟时反被动测向并行算法的FPGA实现模块中，通过运算获得方位扫描点和俯仰扫描点的能量值，具体包括：

1)方位测向：沿着一条扫描环线搜索信号能量最大值，该扫描环线为任意形状的封闭曲线，