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一種基于量子粒子群的波達(dá)方向估計(jì)方法

文檔序號(hào):8299483閱讀:354來源:國(guó)知局
一種基于量子粒子群的波達(dá)方向估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及陣列信號(hào)處理和智能技術(shù)領(lǐng)域,具體地說是一種基于量子粒子群的波 達(dá)方向估計(jì)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前,基于陣列的波達(dá)方向估計(jì)主要有傳統(tǒng)方法、子空間法、最大似然法和MUSIC 算法。傳統(tǒng)方法需要較多的陣元才能保證高分辨率,從而限制了其應(yīng)用;子空間法充分利用 了接收數(shù)據(jù)的空間結(jié)構(gòu),將數(shù)據(jù)分解為信號(hào)子空間和噪聲子空間,其性能優(yōu)于傳統(tǒng)方法;最 大似然法具有較好的魯棒性,即使在信噪比較低時(shí)也能獲得較好的性能,但其需要巨大的 計(jì)算量,使得在工程上限制了其應(yīng)用;MUSIC算法則存在多維譜峰搜索的困難。
[0003] 量子粒子群算法(QPS0),是近年新興起的一種群智能計(jì)算方法,其結(jié)合量子物理 基本理論,將量子理論應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)的粒子群優(yōu)化算法,從量子力學(xué)波函數(shù)的角度提出的一 種新的粒子群優(yōu)化算法模型,它是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PS0算法的全新改進(jìn),粒子的搜索性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于 基本PS0算法,已經(jīng)在函數(shù)優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有的基于陣列的波達(dá)方向估計(jì)技術(shù)存在的缺陷或不足,本申請(qǐng)人遂W 其多年從事本行業(yè)的技術(shù)累積,積極地研究如何將量子粒子群算法應(yīng)用于波達(dá)方向的估計(jì) 中,W期能改善先前技術(shù)之缺失,終于在各方條件的審慎考慮下開發(fā)出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有波達(dá)方向估計(jì)算法中非線性復(fù)雜優(yōu)化問題,提出一種 基于量子粒子群的波達(dá)方向估計(jì)方法,尋優(yōu)過程中利用了粒子的量子行為,并且搜索粒子 綜合了個(gè)體局部極值和全局極值之間協(xié)同切換,充分發(fā)揮搜索粒子間的協(xié)同搜索機(jī)制,具 有高效搜索和全局搜索的能力,W達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳波達(dá)方向效果。
[0006] 為達(dá)上述的目的及功效,本發(fā)明采用W下技術(shù)內(nèi)容:
[0007] -種基于量子粒子群的波達(dá)方向估計(jì)方法,包括如下步驟:
[0008] (1)確定陣元數(shù)兩,平面波信號(hào)數(shù)P,信號(hào)中也波長(zhǎng)入,快拍數(shù)應(yīng),相鄰陣元間距 d,結(jié)合接收信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的最大似然估計(jì)進(jìn)行特征分解獲得信號(hào)子空間S、噪聲 子空間G ;
[0009] (2)初始化;確定粒子群的種群規(guī)模M,粒子的初始位置向量為Zi,粒子對(duì)應(yīng)的速 度向量為Vi,i = 1,2,…,M,最大速度Vm。,,迭代次數(shù)k= 1,最大迭代次數(shù)Km。,,每個(gè)粒子的 局部最優(yōu)位置乂 W及整個(gè)種群的全局最優(yōu)位置;
[0010] 0)計(jì)算各粒子的適應(yīng)度函數(shù);將M個(gè)粒子位置Zi,i = 1,2,…,M作為波達(dá)方向 角0的估計(jì)值,代入MUSIC算法的譜估計(jì)適應(yīng)度函數(shù)
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于量子粒子群的波達(dá)方向估計(jì)方法,其特征在于,所述方法包括如下步驟: (1) 確定陣元數(shù)反,平面波信號(hào)數(shù)P,信號(hào)中心波長(zhǎng)A,快拍數(shù)M,相鄰陣元間距d,結(jié) 合接收信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的最大似然估計(jì)進(jìn)行特征分解獲得信號(hào)子空間S、噪聲子空 間G; (2) 初始化;確定粒子群的種群規(guī)模M,粒子的初始位置向量為Zi,粒子對(duì)應(yīng)的速度向 量為Vpi= 1,2, ???,]?,最大速度Vmax,迭代次數(shù)k= 1,最大迭代次數(shù)Kmax,每個(gè)粒子的局部 最優(yōu)位置#以及整個(gè)種群的全局最優(yōu)位置4; (3) 計(jì)算各粒子的適應(yīng)度函數(shù);將M個(gè)粒子位置Zi,i= 1,2,…,M作為波達(dá)方向角0 的估計(jì)值,代入MUSIC算法的譜估計(jì)適應(yīng)度函數(shù)
獲得每個(gè)粒子個(gè)體適應(yīng)度函數(shù)值; 其中,I為單位矩陣,
(4) 量子粒子群速度和位置更新;第k+1次迭代,粒子根據(jù)如下公式更新速度和位置:
其中:i= 1,2,…,M,a為收縮擴(kuò)張系數(shù);ri,r2,r3,1~4取[〇, 1]之間均勻分布的隨機(jī)數(shù),W為第i個(gè)粒子經(jīng)歷的最好位置,蘆=^1>丨,g為所有粒子種群經(jīng)歷的最好位置; (5) 如果達(dá)到最大迭代次數(shù)k=K_,則尋優(yōu)結(jié)束,所得到的前P個(gè)全局最優(yōu)位置向量 即為最優(yōu)波達(dá)方向角估計(jì)值,即輸出信源入射角度矢量估計(jì)值,進(jìn)而計(jì)算入射方向角的均 方差;否則,k: =k+l,轉(zhuǎn)到步驟3。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于量子粒子群的波達(dá)方向估計(jì)方法,步驟包括:建立陣列信號(hào)模型,設(shè)置陣列相關(guān)參數(shù),接著根據(jù)陣列信號(hào)數(shù)據(jù)建立最大似然估計(jì),然后初始化,計(jì)算各粒子的適應(yīng)度函數(shù),更新量子粒子群速度和位置,然后判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù),然后輸出信源入射角度矢量估計(jì)值,進(jìn)而計(jì)算入射方向角的均方差。本發(fā)明在尋優(yōu)過程中利用了粒子的量子行為,克服了標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法容易陷入局部最小值缺點(diǎn),估計(jì)精度高,對(duì)于解決波達(dá)方向估計(jì)問題取得了較好的效果,為獲得高分辨率的波達(dá)方向估計(jì)提供了新的解決思路。
【IPC分類】G06N3-00
【公開號(hào)】CN104616059
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510048332
【發(fā)明人】葉倩, 樓旭陽
【申請(qǐng)人】無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日
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