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本文采用14个阵元组成的均匀线阵作为天线阵列模型,以时空二维MUSIC算法以及测距原理为理论,对测频测向设备的实现进行了研究。首先,使用Matlab进行了仿真。从仿真结果中得到了时空二维MUSIC算法在均匀线阵模型下的角度分辨率,确定了影响测距和测向精度的参数。验证了此方案在给定模型、参数下理论上的可行性。其次,为了进行硬件实现,对时空二维MUSIC算法进行了降维处理。首先对得到的差频信号做1024点FFT变换,得到1024个频点,接着对需要的频点用一维MUSIC算法进行处理。在对一维MUSIC算法的实现过程中,将它分成了协方差矩阵的估计、特征值分解、目标信号个数估计和谱峰搜索四个模块。降维处理后的时空二维MUSIC算法虽然避免了在频率、方向上同时进行搜索,但是计算量仍然很大,算法实现复杂。针对此问题,本文最终选择FPGA和DSP协作作为硬件实现方案。FFT变换、协方差矩阵的估计数据量大,且很规则,因此由FPGA完成。而协方差矩阵的特征值分解、目标信号个数估计、谱峰搜索的实现过程复杂,因此在DSP中完成。为了满足实时性的要求,同时也基于芯片资源和处理速度的考虑,本设计的FPGA芯片选用了Altera的Arria V,DSP芯片采用了TI的TMS320C6455芯片。DSP与FPGA之间主要通过EMIFA接口进行通信。FPGA部分采用了乒乓操作、流水线、状态机等方法来进行控制和提高算法的处理速度,并且考虑到该设计对实时性要求很高,多数情况下牺牲面积来换取速度。由于特征值的分解、信号源个数的估计方法很多,因此,对各处理算法进行了分析,在保证能达到要求的精度和分辨率的前提下,DSP部分选出了最适合的方案。比如,信号源个数这一参数的获得采用MDL准则完成,协方差矩阵的分解采用QR算法完成。各部分算法、硬件之间相互配合,FPGA部分给出了FFT变换和得到的协方差矩阵部分的SigtapII的测试结果,DSP部分给出了实现算法的流程图。所有算法的实现都在器件上做了测试,能够成功运行。基本上完成了基于时空二维MUSIC算法的障碍物的测距测向的分辨率、精度和实时性的要求。