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Watso
Watt测向算法的FPGA设计实现
作者：何林立徐保根康文臣祝丽华来源：《科技视界》2014年第31期
【摘要】Watso
Watt测向算法是一种设计实现非常简便的测向方法，使用FPGA设计实现可以接近实时处理。本文结合某装车项目介绍了Watso
Watt测向算法的原理和技术特点，对设计中采用的三通道测向系统的硬件平台组成和软件处理过程进行了简述，并且详细说明了使用FPGA实现的主要功能和FPGA设计所采用的设计工具。对设计中采用的关键技术和采用FPGA实现Watso
Watt测向处理后测向处理速度的提高进行了分析比较。
【关键词】FPGA；Watso
Watt；测向
0引言
短波测向方法较多，根据用户需求不同，产品类型多样化。针对车载短波测向系统而言，受限于天线孔径，比较常用的短波测向方法有基于比幅法的Watso
Watt测向技术。
随着FPGA技术的高速发展，不仅能通过FPGA完成滤波、抽取等常规功能，甚至通过FPGA来实现高速、高精度的Watso
Watt测向算法成为可能，我们用FPGA设计完成了Watso
Watt测向算法。
1Watso
Watt测向算法原理
采用特定的天线，通过幅度比较来进行测向。基本工作原理是：两幅相同的正交天线对具有两组正交的“8”字方向图，从某一方向入射的电波，在两天线对上产生的感应电动势，与入射方向的正弦近似成正比，将两天线对上的感应信号计算来波方向。
南北环天线电压：
东西环天线电压：
其中d为环天线孔径，a为来波方位，λ为来波波长。
在天线的孔径尺寸相对被测来波信号波长满足d
可得来波方位
为了实现单值测向，可以增加一副全向的线天线和一个接收通道，将这个全向天线的信号与另外两个通道输出的电压运算比较就可以定单向。表1所示为定单向原理。
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表1定单向判断
2FPGA设计实现
通过对Watso
Watt测向算法的分析可以发现，算法的核心是反正切的求解。Watso
Watt测向算法本身属于规律性较强的运算，适合用FPGA来实现，我们在原有测向设备的基础上，设计了基于FPGA的高速测向系统。
21系统硬件介绍
三通道测向接收机将天线信号变频为中频信号，由三路AD进行同步采样，采样数据经过FFT处理后，计算出信号的相位，最后进行Watso
Watt测向处理得到信号的方位角。
22FPGA实现的主要功能
如图2所示。FPGA实现的主要功能包括：DDC、加窗、FFT处理、幅度相位计算、校正处理、方位角计算和定单向等功能，具体处理流程如图2所示。
图1三通道测向接收机硬件组成
图2FPGA内部信号处理流程
其中，DDC模块负责对r