[发明专利]基于FPGA的信号处理方法、电子设备和存储介质

说明书

本申请涉及一种基于FPGA的信号处理方法、电子设备和计算机可读存储介质。该基于FPGA的信号处理方法通过从接收信号获得n阶厄米特矩阵，将所述n阶厄米特矩阵存储在FPGA的寄存器中，将n阶厄米特矩阵划分为对角二阶子矩阵和非对角二阶子矩阵，再并行对所有对角二阶子矩阵和非对角二阶子矩阵进行实数化旋转来获得所述n阶厄米特矩阵的特征值，从而减小总体的计算时间，显著增强了计算的实时性，提高了接收信号的信号处理的效率。

技术领域

本发明总体地涉及信号处理领域，特别是涉及一种基于FPGA的信号处理方法、电子设备和计算机可读存储介质。

背景技术

厄米特(Hermitian)矩阵在阵列信号处理，图像处理，鲁棒控制等领域等都有着无可替代的地位，以天线阵列信号处理为例，在处理天线阵列信号的时候，为了获得空间信号维度的相关性以估计目标信息，此时需要用到协方差矩阵，因为协方差矩阵是阵列信号的二阶统计量，包含每一维度下信号相关性，通过对协方差矩阵进行特征分解，并构建空间谱可以分别得到信号子空间和噪声子空间的信息，利用它们的正交性可以对信号及干扰的来向进行估计。而阵列信号的协方差矩阵就是厄米特矩阵。在进行阵列信号抗干扰时，需要对干扰方向进行自适应波束成形，此时，厄米特矩阵的特征分解的快速计算就显得尤为重要，因为过长的响应时间会直接导致测向结果输出不及时，抗干扰的方向出现偏差，无法得到理想的抗干扰效果。

当前，主流的厄米特矩阵的特征分解的方案分为以下两类：(1)，使用ARM或DSP实现厄米特矩阵的特征值及特征向量计算，该方案实现厄米特矩阵特征分解功能比较简单，但DSP芯片不具备并行行计算功能，而且DSP芯片相对于FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)，计算速度较慢，因此这一类方案仅适用于事后分析，不适合电子对抗等对实时性有一定要求的场合。(2)在FPGA上使用串行方式实现厄米特矩阵的特征值及特征向量计算，该方案未能利用FPGA的硬件特性，依然使用串行结构进行计算，需要较多的迭代次数才能实现计算结果的收敛，整个收敛时间依然过久，同样不适合用于对实时性有较高要求的场合。

因此，期望提供能够提高厄米特矩阵的特征分解的速度的方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种基于FPGA的信号处理方法、电子设备和计算机可读存储介质，其通过将n阶厄米特矩阵划分为对角二阶子矩阵和非对角二阶子矩阵，并行对所有对角二阶子矩阵和非对角二阶子矩阵进行实数化旋转来获得所述n阶厄米特矩阵的特征值，从而减小总体的计算时间，提高计算的实时性。

根据本申请的一方面，提供了一种基于FPGA的信号处理方法，包括：

步骤一，从接收信号获得n阶厄米特矩阵，将所述n阶厄米特矩阵存储在FPGA的寄存器中；

步骤二，将所述寄存器中的n阶厄米特矩阵划分为对角二阶子矩阵和非对角二阶子矩阵；

步骤三，并行对所有对角二阶子矩阵和非对角二阶子矩阵进行实数化旋转；

步骤四，将旋转后的n阶厄米特矩阵使用脉动矩阵交换规则进行更新；

步骤五，重复所述步骤二到步骤四，进行(n-1)次脉动矩阵交换以对所述n阶厄米特矩阵的所有矩阵元素进行一次归零刷新；

步骤六、重复所述步骤二到步骤五直到所述n阶厄米特矩阵除对角线元素外所有元素归零，以获得所述n阶厄米特矩阵的特征值；以及

步骤七，将所述特征值用于所述接收信号的信号处理。

在上述基于FPGA的信号处理方法中，并行对所有对角二阶子矩阵和非对角二阶子矩阵进行实数化旋转包括：