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干涉仪快速测向算法的研究与实现

作　者: 韩广
导　师: 王斌
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 军事通信学
关键词: 测向 相位干涉仪 相位模糊 相关干涉仪 相关系数 FPGA 实现
分类号: TH744.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 122次
引　用: 1次
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内容摘要


干涉仪测向算法作为一种快速测向算法,具有算法简单、灵敏度高等优点,因而被广泛应用在各种测向系统中。干涉仪测向算法可分为相位干涉仪测向算法和相关干涉仪测向算法两种。相位干涉仪因其实现简单、测向速度快,而被目前多数短波宽带测向设备所采用,但是该算法对天线幅相误差敏感,抗扰性较差。相关干涉仪测向算法具有抗幅相误差能力强,受天线阵形限制较少等优点,将其应用到短波宽带测向系统中能够克服相位干涉仪所存在的问题,但是相关干涉仪测向算法的运算量很大,仅采用DSP进行实现很难做到实时处理。针对这一问题,在某项目中拟采用FPGA和DSP相结合的运算模式,本文根据项目要求,在验证平台上实现了频域相关干涉仪算法,完成了算法的验证和系统资源的评估,为项目的进行奠定了基础。文章内容如下:1、研究了相位干涉仪及其解模糊算法。首先,对长短基线法、虚拟基线法和立体基线法三种常用解模糊算法进行了研究。然后,针对长短基线法、虚拟基线法阵形受限以及立体基线法抗噪声能力不强的问题,给出一种基于复相关运算的解模糊算法。仿真结果表明该算法适用于多种天线阵,且抗噪性能优于立体基线法。2、研究了相关干涉仪测向算法。首先,研究了时域和频域两种常用的相关干涉仪测向算法的基本原理。然后,针对相关干涉仪测向算法在利用FPGA实现时需要消耗大量芯片资源的问题,给出了一种改进算法——最小间距法,并评估了传统相关干涉仪算法与最小间距法所占用的FPGA资源量,比较了两种算法各自的处理时间,结果表明最小间距法在资源使用和处理时间上都有所改善。3、完成了相关干涉仪测向算法在验证平台上的设计实现。首先,介绍了短波宽带测向系统,并对其中相关干涉仪的处理结构进行了设计。其次,给出了相关干涉仪测向算法的实现步骤,对FPGA和DSP相结合的实现模式进行了分析,完成在两种芯片中的任务划分。然后,详细介绍了FPGA内部各个功能模块的作用,并具体介绍了各功能模块的设计流程。最后,给出了系统指标,并对系统的测向性能进行了测试,测试结果表明文中验证系统可实现对跳速低于100Hops/s、带宽低于500kHz的短波跳频信号的实时测向。

全文目录


表目录  6-7
图目录  7-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-15
  1.1 研究背景与意义  12
  1.2 发展历史与现状  12-13
  1.3 本文的主要工作  13-15
第二章 干涉仪测向理论基础  15-24
  2.1 引言  15
  2.2 测向信号处理的数学模型  15-18
  2.3 干涉仪测向基本原理  18-21
    2.3.1 相位干涉仪测向原理  18-19
    2.3.2 相关干涉仪测向原理  19-21
  2.4 相位干涉仪和相关干涉仪的性能比较  21-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章 相位干涉仪及其解模糊算法  24-34
  3.1 引言  24-25
  3.2 长短基线法  25-26
  3.3 虚拟基线法  26-28
  3.4 立体基线法  28-29
  3.5 复相关法  29-31
  3.6 复相关法与长短基线法、立体基线法解模糊性能比较  31-33
  3.7 本章小结  33-34
第四章 相关干涉仪测向算法  34-50
  4.1 引言  34
  4.2 时域相关干涉仪算法  34-37
    4.2.1 相位差参考样本法  34-36
    4.2.2 阵列输出矢量参考样本法  36
    4.2.3 仿真验证  36-37
  4.3 频域相关干涉仪算法  37-39
  4.4 最小间距法  39-44
    4.4.1 最小间距法原理  39-42
    4.4.2 最小间距法与传统相关法资源评估比较  42-44
  4.5 算法仿真与性能分析  44-49
  4.6 本章小结  49-50
第五章 相关干涉仪测向算法的实现  50-69
  5.1 引言  50
  5.2 短波宽带测向系统介绍  50-51
  5.3 相关干涉仪测向处理平台  51-54
    5.3.1 接口单元  52-53
    5.3.2 数据处理及控制单元  53
    5.3.3 任务分配及数据处理流程  53-54
  5.4 相关干涉仪测向算法的FPGA编程实现  54-68
    5.4.1 功能模块的划分  55-56
    5.4.2 接收数据的帧结构  56-57
    5.4.3 数据帧处理模块及接收数据存储单元的设计  57-60
    5.4.4 FFT模块的设计  60-64
    5.4.5 相关处理模块的设计  64-66
    5.4.6 性能评估与测试  66-68
  5.5 本章小结  68-69
结束语  69-71
参考文献  71-74
附录A 曲线拟合法的证明  74-75
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  75-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器 > 物理光学仪器 > 干涉仪
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