从自适应波束合成算法到脉动数组架构的映射方法技术

发明专利技术公开的一种从自适应波束合成算法到脉动数组架构的映射方法，利用本发明专利技术使用可以得到比QR‑LS更低的运算复杂度和较QR‑LMS更快的收敛速度。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：在多波束自适应波束形成器系统中，方向图形成网络接收空间射频信号，自适应信号处理器将计算方向图形成网络的加权系数与上述对应的空间射频信号相乘，在自适应信号处理器中构造一个通用QR阵列单元的数组脉动数组架构，在通用QR阵列单元上建造模块化的BC元件和IC元件；在每个时钟周期内，通用QR阵列单元的核心算法采用流水线化自适应滤波QR算法，利用FPGA芯片提供的IP核加法器、乘法器，计算出的旋转参数，将运算结果映射到脉动阵。

【技术实现步骤摘要】
从自适应波束合成算法到脉动数组架构的映射方法
本专利技术涉及一种可以广泛应用于雷达、通信、导航等领域，数字波束形成器中采用的自适应波束合成算法结构映射技术的高效实现方式。技术背景自适应波束形成是一种滤波的形式，从天线阵列中接收输入信号，波束形成器的输出是天线阵列输入信号的一个线性加权结合，它由复杂的数字方程来表示，由于传入的数据有空间要素，因此可得到在幅度和相位中的最优值。自适应滤波器已在信号处理和控制，以及许多实际问题的解决当中得到了广泛的应用。自适应滤波器是利用前一时刻的结果自动的调节当前滤波器的系数，使滤波器适应未知信号和噪声的统计特性，以期达到最优的输出，自适应滤波器的作用对象一般为不确定的信息过程或系统。自适应滤波器的性能主要取决于滤波器所使用的算法的加权系数的更新。自适应算法的选择是关键，这会影响一个电路在尺寸、关键路径和功耗上的所有性能。用于自适应滤波器的递归算法有两种方法，即Wienner滤波器理论和最小二次方理论，这些算法选择的关键是算法的复杂度和性能。优化的选择归根结底是收敛速率、稳态误差、跟踪能力、数值稳定性和计算复杂度的权衡。不同的滤波算法适用于不同的场合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从自适应波束合成算法到脉动数组架构的映射方法，其特征在于包括如下步骤：在多波束自适应波束形成器系统中，天线阵列单元1、天线阵列单元2…天线阵列单元N组成阵列数组架构式方向图形成网络，方向图形成网络接收空间射频信号X1(n)、X2(n)、…X1N(n)，自适应信号处理器将计算方向图形成网络的加权系数W1、W2、…WN与上述对应的空间射频信号相乘，在自适应信号处理器中构造一个通用QR阵列单元的数组脉动数组阵列架构，在通用QR阵列单元上建造模块化的BC元件和IC元件；在每个时钟周期内，通用QR阵列单元的核心算法模块采用流水线化自适应滤波QR算法，利用现场可编程门阵列FPGA芯片提供的IP核加法器...

【技术特征摘要】
1.一种从自适应波束合成算法到脉动数组架构的映射方法，其特征在于包括如下步骤：在多波束自适应波束形成器系统中，天线阵列单元1、天线阵列单元2…天线阵列单元N组成阵列数组架构式方向图形成网络，方向图形成网络接收空间射频信号X1(n)、X2(n)、…X1N(n)，自适应信号处理器将计算方向图形成网络的加权系数W1、W2、…WN与上述对应的空间射频信号相乘，在自适应信号处理器中构造一个通用QR阵列单元的数组脉动数组阵列架构，在通用QR阵列单元上建造模块化的BC元件和IC元件；在每个时钟周期内，通用QR阵列单元的核心算法模块采用流水线化自适应滤波QR算法，利用现场可编程门阵列FPGA芯片提供的IP核加法器、乘法器，以并行流水线方式执行数据计算，IC元件从脉动数组阵列的左边接收BC元件计算出的旋转参数，从脉动数组阵列顶部对数据作行旋转运算，然后把运算结果传到右边和下边的BC元件，计算出BC元件中的Givens旋转参数，对新到来的数据进行重复不断的更新，直到得到最后阵输出映射结果y(n)，将运算结果映射到脉动阵。2.如权利要求1所述的从自适应波束合成算法到脉动数组架构的映射方法，其特征在于：通用QR阵列单元引入赋予最新输入数据的权重系数遗忘因子λ和输入数据相关矩阵|r(n-1)|，构成阵列数组架构λ1/2|r(n-1)|，利用阵列数组架构λ1/2|r(n-1)|和空间射频信号|x(n)|的信号关系，构造一个近似的Givens旋转矩阵其中，旋矩阵旋转元素s1(n)＝sign(x(n))、旋转参数和旋转参数c2(n)＝2c1(n)。3.如权利要求1所述的从自适应波束合成算法到脉动数组架构的映射方法，其特征在于：数组脉动数组阵列架构的阵列由具有规则结构的处理单元阵列构成，该处理单元阵列的数据流，在通用QR阵列单元的时钟控制下，有序流过它的方向图形成网络，将N×N个处理器映射为并行结构的Systolic阵列。4.如权利要求1所述的从自适应波束合成算法到脉动数组架构的映射方法，其特征在于：Systolic阵列包含了IC元件和BC元件的通用QR阵列单元；新到来的输入数据从Systolic阵列的顶部进来，向下不停地在通用QR阵列单元时钟控制下传播，Givens旋转参数在BC元件中计算出来，从Systolic阵列左边向右边传播，BC元件从左边接收Givens旋转参数，从Systolic阵列顶部对输入数据作并行旋转运算，然后把结果传到右边和下边的BC元件，在时钟的控制下有序的进行更新过程，并在每个新数据到来时重复不断的进行更新，直到得到最后输出映射结果。5.如权利要求1所述的从自适应波束合成算法到脉动数组架构的映射方法，其特征在于：自适应信号处理器包括接收空间射频信号X1(n)、X2(n)、…X1N(n)的信号处理器模块和向计算方向图形成网络阵列数组架构加权系数W1、W2、…WN的自适应算法控制器，N、n为自然数。6.如权利要求1所述的从自适应波束合成算法到脉动数组架构的映射方法，其特征在于：Systolic阵列顶部进来的射频信号X1(n)、X2(n)、…X1N(n)通过传感器阵，从Systolic阵列左边向右边传播每个新到来的输入数据，在信号处理器模块时钟控制下向下有序的传播；信号处理器模块采用流水线化，通过对脉动数组阵列架构减少通用QR阵列单元电路面积，自适应算法控制器对阵列数组架构加权系数W1、W2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：范进，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51