1.一种Capon波束形成方法,其特征在于,包括:
获取雷达的M路接收数据,并构建各路接收数据的协方差矩阵;
采用改进的Guess‑Jardon迭代方法,求解各协方差矩阵的逆矩阵;
获取不同空间角度的导向矢量,并结合各协方差矩阵的逆矩阵,得到不同空间角度的Capon波束倒谱值;
将不同空间角度的Capon波束倒谱值进行冒泡排序,按照从小到大的顺序挑选出M个Capon波束倒谱值作为Capon波束实际谱值,并记录挑选的各Capon波束倒谱值对应的空间角度,形成Capon波束;
所述采用改进的Guess‑Jardon迭代方法,求解各协方差矩阵的逆矩阵包括:S201:设置一组M*M的寄存器组,将各协方差矩阵分别存入各寄存器中;
S202:将各协方差矩阵的第一列的第一个元素作为主元,然后将各协方差矩阵的第一列元素循环2次后输入到向量模式cordic IP核中,并通过下式得到主元的旋转角度其中,ak1代表协方差矩阵第1列第k行矩阵元素;
S203:将各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵,以各自M行作为M组输出数据,每组输出数据按照列先协方差矩阵后协方差矩阵的当前逆矩阵的方式依次输出,同时将主元的各个旋转角度取相反数与M组输出数据通过旋转模式cordic IP核进行旋转计算,更新各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵:S204:通过下式获取各协方差矩阵第一列各元素的旋转角度θk:
|ak1|cos(θk)+|a11|sin(θk)=0
S205:根据各协方差矩阵第一列各元素的旋转角度θk,通过下式进行各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵的旋转运算,更新各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵:其中, 代表迭代计算后的协方差矩阵的第j行第k列元素;
S206:将各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵的各列进行循环左移一列,再将各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵的各行循环上移一行;
S207:迭代步骤S202~S206至M次,获取各协方差矩阵的当前逆矩阵作为各协方差矩阵的逆矩阵;
S208:获取各协方差矩阵对角元素的旋转角度和幅度,将旋转角度取反通过旋转模式cordicIP核进行旋转计算,待计算有效后,再将旋转模式cordicIP核中得到的数据导入除法模块,将各协方差矩阵转化为单位矩阵。
2.根据权利要求1所述的Capon波束形成方法,其特征在于,根据所述M路接收数据构建各路接收数据的协方差矩阵包括:根据M路接收数据,通过下式构建各路接收数据的协方差矩阵R:
其中,N为每路数据中的复数数据数量,x(n)代表M路接收通道数据构成的数据向量的第n组向量,H代表转置共轭。
3.根据权利要求2所述的Capon波束形成方法,其特征在于,所述构建各路接收数据的协方差矩阵时,仅计算协方差矩阵的上三角矩阵的值,协方差矩阵的下三角矩阵的值按照共轭对称的原则一一映射,且在计算协方差矩阵的上三角矩阵的值时采用每个值同时并行计算的方式。
4.根据权利要求1所述的Capon波束形成方法,其特征在于,所述S205中根据各协方差矩阵第一列各元素的旋转角度θk,通过下式进行各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵的旋转运算时,将各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵内的各元素分为实部和虚部并同时独立运算。
5.根据权利要求1所述的Capon波束形成方法,其特征在于,所述获取不同空间角度的导向矢量,并结合各协方差矩阵的逆矩阵,得到不同空间角度的Capon波束倒谱值包括:将整个空域角度划分为若干区域,并按照先俯仰角后水平角的扫描方式,依次获取各区域的各空间角度作为当前空间角度进行下述步骤,得到不同空间角度的Capon波束倒谱值:S301:获取当前空间角度的导向矢量;
S302:将各协方差矩阵的逆矩阵的列矩阵组成M组数据流,将当前空间角度的导向矢量取反构成共轭导向矢量,随M组数据流输入到旋转模式cordic IP核进行旋转计算,并将得到的数据进行累加处理,得到第一M组累加结果数据;
S303:将第一M组累加结果数据到旋转模式cordic IP核进行旋转计算,并将得到的数据进行累加处理,得到第二M组累加结果数据;其中,第一M组累加结果数据的旋转相位分别为导向矢量的M个数据;
S304:求解第二M组累加结果数据的绝对值,得到当前空间角度的Capon波束倒谱值。
6.根据权利要求5所述的Capon波束形成方法,其特征在于,所述将整个空域角度划分为若干区域包括:将整个空域角度划分为8个区域,各区域的角度大小范围依次为:{θ=0~46,φ=0~
46}、{θ=45~91,φ=0~46}、{θ=90~136,φ=0~46}、{θ=135~181,φ=0~46}、{θ=
0~46,φ=45~91}、{θ=45~91,φ=45~91}、{θ=90~136,φ=45~91}和{θ=135~
181,φ=45~91},其中,θ为俯仰角度大小,φ为水平角度大小。
7.根据权利要求6所述的Capon波束形成方法,其特征在于,所述将不同空间角度的Capon波束倒谱值进行冒泡排序,按照从小到大的顺序挑选出M个Capon波束倒谱值作为Capon波束实际谱值包括:对于各区域,按照先俯仰角后水平角的扫描方式,以3*3矩阵大小对Capon波束实际谱值进行逐行滑窗,当当前3*3矩阵中处于正中间的Capon波束实际谱值为9个Capon波束实际谱值中的最小值时,保留当前3*3矩阵中处于正中间的Capon波束实际谱值,至当前区域保留的Capon波束实际谱值达到M个;将各区域的M个Capon波束实际谱值进行冒泡排序,按照从小到大的顺序挑选出M个Capon波束倒谱值作为Capon波束实际谱值。
8.一种Capon波束形成系统,其特征在于,包括:
协方差矩阵构建模块,用于获取雷达的M路接收数据,并构建各路接收数据的协方差矩阵;
逆矩阵求解模块,用于采用改进的Guess‑Jardon迭代方法,求解各协方差矩阵的逆矩阵;
倒谱值求解模块,用于获取不同空间角度的导向矢量,并结合各协方差矩阵的逆矩阵,得到不同空间角度的Capon波束倒谱值;
选取模块,用于将不同空间角度的Capon波束倒谱值进行冒泡排序,按照从小到大的顺序挑选出M个Capon波束倒谱值作为Capon波束实际谱值,并记录挑选的各Capon波束倒谱值对应的空间角度,形成Capon波束;
所述采用改进的Guess‑Jardon迭代方法,求解各协方差矩阵的逆矩阵包括:S201:设置一组M*M的寄存器组,将各协方差矩阵分别存入各寄存器中;
S202:将各协方差矩阵的第一列的第一个元素作为主元,然后将各协方差矩阵的第一列元素循环2次后输入到向量模式cordic IP核中,并通过下式得到主元的旋转角度其中,ak1代表协方差矩阵第1列第k行矩阵元素;
S203:将各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵,以各自M行作为M组输出数据,每组输出数据按照列先协方差矩阵后协方差矩阵的当前逆矩阵的方式依次输出,同时将主元的各个旋转角度取相反数与M组输出数据通过旋转模式cordic IP核进行旋转计算,更新各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵:S204:通过下式获取各协方差矩阵第一列各元素的旋转角度θk:
|ak1|cos(θk)+|a11|sin(θk)=0
S205:根据各协方差矩阵第一列各元素的旋转角度θk,通过下式进行各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵的旋转运算,更新各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵:其中, 代表迭代计算后的协方差矩阵的第j行第k列元素;
S206:将各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵的各列进行循环左移一列,再将各协方差矩阵和各协方差矩阵的当前逆矩阵的各行循环上移一行;
S207:迭代步骤S202~S206至M次,获取各协方差矩阵的当前逆矩阵作为各协方差矩阵的逆矩阵;
S208:获取各协方差矩阵对角元素的旋转角度和幅度,将旋转角度取反通过旋转模式cordicIP核进行旋转计算,待计算有效后,再将旋转模式cordicIP核中得到的数据导入除法模块,将各协方差矩阵转化为单位矩阵。
9.一种Capon波束形成FPGA,其特征在于,包括FPGA本体,所述FPGA本体内部设置权利要求8所述的Capon波束形成系统。