music算法在高速处理器上的快速实现(1)

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1、电子科技大学硕士学位论文MUSIC算法在高速处理器上的快速实现姓名：郑洪申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：肖先赐20040517电子科技大学硕士学位论文摘要无线电信号的方向估计是无线电侦察的一个十分重要的任务。在电子战中，无线电测向也是电子支援措施(ESM)和信号情报措旌的最重要、最有效的技术手段。它目前已有多种技术体系中，空间谱估计是非常重要的一类。作为空间谱估计算法中最具代表性的MUSIC(MultipleSignalClassification)算法，以其稳定、高分辨、高精度和计算量较小(与极大似然法相比)的优点受到工程界的青睐。另一方面，空间谱估计

2、技术在实际阵列测向系统的应用中，总体仍停留在对实时要求不高的环境，如对雷雨天气的研究和对慢速船舶定位等情况；而在电子侦察、电子对抗以及移动通信等实时敏感领域中的应用还较少。究其原因，主要就是空间谱估计的各种算法具有庞大的运算量，而现有系统的处理速度难以满足实际的要求。近十多年来，以FPGA(FieldProgrammableGateArray)为代表的大规模数字集成电路设计技术的飞速发展，为空间谱估计算法的实时应用打下了坚实的基础。引人入胜的FPGA并行处理技术能否将美妙的MUSIC算法的潜力在工程领域充分挖掘出来，将是一个意义深远而令人期待的构想。这也正是本文研究的重

3、点内容。简单地说，本文将提出一种新颖的片上系统设计，采用FPGA芯片来实现MUSIC算法谱峰搜索环节的工程应用。其中，并行化的设计理念是该设计的最大特点。本文的主要贡献为：◆提出一种基于8元圆阵的修正预处理方案。通过这种运算量较少的预处理方法，将算法的处理由复数域转换到了实数域，有效降低系统实现的复杂度。◆提出了基于8元圆阵的谱峰搜索并行分解方法，极大提高系统硬件的处理速度。针对成本和速度的不同要求，特别给出八路并行、四路并行和串行三种情况的硬件解决方案。具体实现时，采用了Altera公司APEX20KE系列不同规格的芯片，利用VHDL语言和QuartusII开发软件平

4、台，对三种方案进行设计、综合和时序仿真。其中，最快的八路并行方案完成一次谱峰搜索的屯子科技大学硕士学位论文时间成功控制在70us以内，做到了实时实现。通过与已有的阵列信号处理机(基于并行处理的四片DSP构架)的性能对比分析发现，新设计的四路并行方案的系统处理速度可以有效提高30倍，而八路并行方案更达到了近60倍的性能增幅。关键词：谱峰搜索，MUSIC，并行处理，FPGA，空间谱估计II电予科技大学硕士学位论文AbstractToestimatethedirectionofradiosignalisaveryimportantmissionintheRadioReconn

5、aissance．AnditisalsothemostsignificantandeffectivetechnicalmethodofElectronicSupportManagement(ESM)andinformationmanagememintheelectronicwar．ItincludesmanykindsoftechnologiesinwhichSpatialSpectrumEstimation(SSE)isveryimportant．AsthemostrepresentativealgorithminSSE，MUSIC(MultipleSignalCla

6、ssification)algorithmisalwaysfocusedonbyengineerforitsstatisticefficiency,highresolution，goodaccuracy,andmorecomputationalattraction(incontrasttoMLE(MaximumLikelihoodEstimation))．Ontheotherhand，theapplicationsofSSEintherealDF(DirectionFinding)syaemareofteninnoreal·timeenvironmentssuchasw

7、eatherforecastandthelocationofshipwinllowspeed．ItoftenCannotbeappliedinElectronicSurveillanceandMobileCommunication，etc．ThereasonisthehighcomplexityofvariablealgorithmsofSSEandthespeedofthesyaemsinexistencecarlnotmeettheneedsofrealtime．Inthelasttenyears，largescaledigitalI