[发明专利]一种面向FPGA结构的高效capon算法

说明书

本发明涉及FPGA结构设计技术领域，且公开了一种面向FPGA结构的高效capon算法，包括以下步骤：以阵元数为5、快拍数为32768、单信源为例设计了完成该算法的FPGA框架，主要涉及协方差矩阵计算、五阶矩阵求逆计算、求角度功率、谱峰搜索四大模块；本发明从分块矩阵求逆基本原理入手，将高阶矩阵合理的划分为几个低阶子矩阵，然后对分块矩阵求逆算法进行一定的变形处理，避免了算法中对子矩阵求逆的过程。然后通过构建子矩阵运算模块来高效的实现多阶矩阵求逆运算；对角度功率求解部分变形为求角度功率的倒数，这使得计算不含有除法部分从而计算结果的精度有所提高；谱峰搜索模块对应变形为伪谱峰搜索，即搜索输出角度功率的最小值。

技术领域

本发明涉及FPGA结构设计技术领域，具体为一种面向FPGA结构的高效capon算法。

背景技术

现有的面向FPGA结构的capon实现算法的多阶矩阵求逆部分采用的是直接对整个矩阵求代数余子式然后求行列式值最后得到矩阵的逆，或者利用未变形的分块矩阵求逆原理来求多阶矩阵的逆，这毫无疑问会使该模块的计算复杂度显著提高。在角度功率求解模块也是依据基本原理中的角度功率定义来计算出最后的功率，这会涉及到除法运算，使计算结果的精确度有所下降。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种面向FPGA结构的高效capon算法，解决了上述背景技术中所存在的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向FPGA结构的高效capon算法，包括以下步骤：以阵元数为5、快拍数为32768、单信源为例设计了完成该算法的FPGA框架，主要涉及协方差矩阵计算、五阶矩阵求逆计算、求角度功率、谱峰搜索四大模块；

上述四大模块是按照顺序依次执行计算的，首先协方差矩阵计算模块通过对阵元接收到的信号进行处理得到协方差矩阵，然后五阶矩阵求逆模块对协方差矩阵进行求逆运算，求角功率模块对送进来的求逆后的五阶矩阵和对应角度的数值进行相乘运算求得对应角度的功率，最后把每个角度对应的功率送进谱峰搜索模块来计算出最终的信源角度；

协方差矩阵计算模块：协方差矩阵的计算过程是分别对两个阵元接收到的信号数值进行对应位相乘再累加最后除以快拍数来得到的，因此协方差矩阵计算的关键是相乘累加运算，即利用乘法器和累加器分别计算协方差矩阵中的每一个元素值，从两个ROM IP核中依次读取32768个阵元接收到的信号数值，然后相乘再进行自累加运算，最后的结果右移15位相当于除以32768，便完成了协方差矩阵一个数值的计算，通过计数器来控制数据的依次读取和最后结果的输出，具体可以分为控制模块、数据读取模块、计算模块、输出选择模块，其中，控制模块的主要功能是，控制数据读取和计算模块完成协方差矩阵数据的计算，其首先控制读入数据使能和地址，将数据读取出来并依次送入计算模块，然后控制计算模块对数据进行运算，最后控制输出选择模块把数据输出，数据读取模块的主要功能是，通过地址位的增加来对存储的数据进行有序的读取，计算模块的主要功能是，对数据读取模块送进来的数值进行相乘和累加运算，进而计算出协方差矩阵中元素的数值，输出选择模块的主要功能是，对最终计算得到的协方差矩阵数值进行按顺序的控制输出；