阵列天线信号处理是3G移动通信的一个重要的组成部分,是数字阵列雷达系统领域的主要研究内容。波达方向估计(DOA:Direction of Arrival)是阵列天线研究中数字阵列信号处理的主要内容,其在无线通信、电子对抗、参数估计、信号识别、信号源定位等领域有着广泛的应用。信号子空间方法是DOA估计中既重要,又常用的方法。经过多年的发展,信号子空间方法已经产生了大量性能优异的测向算法,典型的有MUSIC(Multiple SIgnal Classification)、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique)等。在基于信号子空间的各种算法中,由R.O.Schmidt提出的MUSIC算法具有高精度和高分辨率的特性,但其运算量却很大,因此在实际应用中很困难,所以如何减少其计算量,找到一种能够快速的MUSIC算法具有十分重要的意义。本文首先研究MUSIC算法及相关的改进算法;接着提出酉变换步进搜索求根MUSIC算法:该算法采用酉变换使得信号协方差矩阵特征值分解在实数域内进行,采用了求根MUSIC算法的求根多项式进行谱峰搜索,从而使谱峰搜索的计算量得到降低;最后介绍了含前向空间平滑酉变换步进搜索求根MUSIC算法在一个八阵元均匀线阵上的FPGA实现问题。其中FPGA的实现是本文的重点内容,而FPGA的实现又分为如下五大模块:①协方差模块:在前向空间平滑、酉变换和复矩阵乘积后获得实对称矩阵的过程中,采用事先计算好与实对称矩阵各个数据相应的算式,并将该算式直接应用于电路设计中,最后使用IIR滤波器进行数据的平均,从而获得信号协方差矩阵。②矩阵特征值分解模块:本文提出一种兼顾计算速度和资源占用、适合FPGA实现的矩阵特征值分解算法——并串结合基于CORDIC的Jacobi矩阵分解算法;该算法基于CORDIC算法的两个模式的IP核(ROTATION模式和VECTORING模式的IP核),在进行分解时采用并串结合的方式,即在对非对角线上的元素进行消零过程中,对非对角线上的元素逐个进行扫描,而在对这些元素进行消零时所涉及的两行两列的计算却是并行进行。③反酉变换和复矩阵乘积模块:该模块的复矩阵乘积采用逐列计算,但每一列的计算却采用并行计算的串并结合的方式。④求根多项式系数的求取模块。⑤谱峰搜索模块:采用查找表的方式避免正弦和余弦函数的运算,运用求根MUSIC的求根多项式进行搜索,从而大大减小谱峰搜索的计算量,同时给出了硬件实现框图,说明了谱峰搜索的实现流程。上述各个模块皆采用VHDL语言编写行为级描述,且都在QUARTUSII上进行了仿真,并给出了仿真结果,而谱峰搜索模块的QUARTUSII仿真结果表明:整个用VHDL语言编写的电路能够实现预定的功能,能够准确的进行来波的波达方向角估计。