利用cordic算法提取脉内特征在fpga上的实现

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1、利用CORDIC算法提取脉内特征在FPGA上的实现　　摘要：介绍了坐标旋转数字计算（CORDIC）算法的原理，给出了利用CORDIC算法提取信号脉内特征的迭代公式，在此基础上实现了用该算法的流水型迭代结构提取瞬时幅度、相位和频率的FPGA电路，解决了电路中的时钟与寄存器配置、数据的补码格式和相位累加等问题。通过在硬件芯片上的下载验证，表明电路结构合理、测试有效，满足设计要求。　　关键词：坐标旋转数字计算；脉内特征；FPGA设计；补码　　中图分类号：TN79?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2016）09?0001?05　　Ab

2、stract：Theprincipleofthecoordinatedrotationdigitalcomputer（CORDIC）algorithmisintroduced.Theiterativeformulaofthesignalin?pulsecharacteristicsextractedbyCORDICalgorithmisproposed.Onthisbasis，theFPGAcircuitofextractingtheinstantaneousamplitude，phaseandfrequencybypipelineitera

3、tivestructureofthealgorithmwasrealized.Theproblemsofclockandregisterconfiguration，data′scomplementarycodeformatandphaseaccumulationinthecircuitweresolved.Thedownloadingverificationonhardwarechipshowsthatthecircuitstructureisreasonable，andtestiseffective.Thecircuitcansatisfy

4、thedesignrequirement.5　　Keywords：coordinatedrotationdigitalcomputor；in?pulsecharacteristics；FPGAdesign；complementarycode　　0引言　　现代电子战中，提取辐射源信号脉内特征已成为许多电子侦查设备必备的功能，在此，仅以针对辐射源的测向技术为例，如比幅法需要知道脉冲的幅度信息、干涉仪法需要知道高精度的脉内瞬时相位和频率等。坐标旋转数字计算（CoordinatedRotationDigitalComputer，CORDIC）算法是各

5、种用来提取脉内特征的方法中较为常见的一种。该算法最早由J.Volder等人在1959年提出[1]，最初用它进行坐标变换。其基本思想是通过多次的迭代实现方向反复摇摆、数值逐次递减以逼近最终需要到达的角度，同时计算出与该角度有关的某些复杂函数运算结果。统一的CORDIC算法由J.S.Walther在1971年提出[2]，他将圆周、线性、双曲线三种算法和旋转、矢量两种模式统一到一个迭代方程中，为实现多模式共存的CORDIC算法硬件结构奠定了理论基础。CORDIC因能通过简单的移位和加减操作就能实现乘除、开方、三角变换、对数、指数等原本需要大量乘法器

6、的运算，所以非常适合用FPGA设计实现[3?5]。　　本文在分析圆周CORDIC算法原理的基础上，给出了利用CORDIC算法提取信号脉内特征的迭代公式，实现了用该算法的流水型迭代结构提取瞬时幅度、相位和频率的FPGA电路，在电路的设计过程中解决了电路中的时钟与寄存器配置、数据的补码格式和相位累加等问题。在信号分选、脉冲识别、辐射源定位等技术领域有一定的实用价值。　　1圆周CORDIC算法原理5　　两种方法的主要区别在于：前者计算的瞬时频率仍在[-π，π]之间，但要加入判断电路；而后者的计算结果在[0，2π]之间，但在硬件电路中实现取模运算非常

7、简单，有时甚至都不需要运算。由于圆周矢量模式CORDIC算法是对同相正交分量的计算，因此检测输出的频率可能出现负频率。这在硬件电路中用补码表示负数的方法即可解决，因为正余弦函数的周期对称特性使弧度在[0，2π]之间的取值本身就是其在[-π，π]之间取值的补码形式。分别利用式（9）和式（10）对2.1节仿真得到的瞬时相位求瞬时角频率，Matlab仿真结果如图3所示，其中图3（a）是存在相位卷绕的结果，图3（b）是用第二种方法解相位卷绕并将补码换算为正常负数的结果。从图3可见仿真结果正确地检测出了瞬时角频率，且符合上行LFM规律。　　3流水型CO

8、RDIC电路在FPGA上的实现　　3.1CORDIC算法迭代结构分析5　　CORDIC算法原理简单且易于理解和仿真，其难点在于如何设计合理的迭代结构来实现运算过程。