一種基于量子粒子群的波達方向估計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及陣列信號處理和智能技術領域，具體地說是一種基于量子粒子群的波 達方向估計技術。
【背景技術】
[0002] 目前，基于陣列的波達方向估計主要有傳統(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，從而限制了其應用；子空間法充分利用 了接收數(shù)據(jù)的空間結構，將數(shù)據(jù)分解為信號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也能獲得較好的性能，但其需要巨大的 計算量，使得在工程上限制了其應用；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算方法，其結合量子物理 基本理論，將量子理論應用于標準的粒子群優(yōu)化算法，從量子力學波函數(shù)的角度提出的一 種新的粒子群優(yōu)化算法模型，它是對標準PS0算法的全新改進，粒子的搜索性能遠遠優(yōu)于 基本PS0算法，已經在函數(shù)優(yōu)化、神經網絡訓練等領域得到應用。
[0004] 針對上述現(xiàn)有的基于陣列的波達方向估計技術存在的缺陷或不足，本申請人遂W 其多年從事本行業(yè)的技術累積，積極地研究如何將量子粒子群算法應用于波達方向的估計 中，W期能改善先前技術之缺失，終于在各方條件的審慎考慮下開發(fā)出本發(fā)明。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有波達方向估計算法中非線性復雜優(yōu)化問題，提出一種 基于量子粒子群的波達方向估計方法，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)同搜索機制，具 有高效搜索和全局搜索的能力，W達到實現(xiàn)最佳波達方向效果。
[0006] 為達上述的目的及功效，本發(fā)明采用W下技術內容：
[0007] -種基于量子粒子群的波達方向估計方法，包括如下步驟：
[0008] (1)確定陣元數(shù)兩，平面波信號數(shù)P，信號中也波長入，快拍數(shù)應，相鄰陣元間距 d，結合接收信號對數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的最大似然估計進行特征分解獲得信號子空間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，粒子對應的速 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。,，每個粒子的 局部最優(yōu)位置乂 W及整個種群的全局最優(yōu)位置;
[0010] 0)計算各粒子的適應度函數(shù)；將M個粒子位置Zi，i = 1，2,…，M作為波達方向 角0的估計值，代入MUSIC算法的譜估計適應度函數(shù)
[0011]
【主權項】
1. 一種基于量子粒子群的波達方向估計方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： (1) 確定陣元數(shù)反，平面波信號數(shù)P，信號中心波長A，快拍數(shù)M，相鄰陣元間距d，結 合接收信號對數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的最大似然估計進行特征分解獲得信號子空間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，粒子對應的速度向 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，每個粒子的局部 最優(yōu)位置#以及整個種群的全局最優(yōu)位置4; (3) 計算各粒子的適應度函數(shù)；將M個粒子位置Zi，i= 1，2,…，M作為波達方向角0 的估計值，代入MUSIC算法的譜估計適應度函數(shù)
獲得每個粒子個體適應度函數(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為收縮擴張系數(shù)；ri，r2,r3,1~4取[〇, 1]之間均勻分布的隨機數(shù)，W為第i個粒子經歷的最好位置，蘆=^1>丨，g為所有粒子種群經歷的最好位置； (5) 如果達到最大迭代次數(shù)k=K_，則尋優(yōu)結束，所得到的前P個全局最優(yōu)位置向量 即為最優(yōu)波達方向角估計值，即輸出信源入射角度矢量估計值，進而計算入射方向角的均 方差；否則，k: =k+l，轉到步驟3。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于量子粒子群的波達方向估計方法，步驟包括：建立陣列信號模型，設置陣列相關參數(shù)，接著根據(jù)陣列信號數(shù)據(jù)建立最大似然估計，然后初始化，計算各粒子的適應度函數(shù)，更新量子粒子群速度和位置，然后判斷是否達到最大迭代次數(shù)，然后輸出信源入射角度矢量估計值，進而計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，克服了標準粒子群算法容易陷入局部最小值缺點，估計精度高，對于解決波達方向估計問題取得了較好的效果，為獲得高分辨率的波達方向估計提供了新的解決思路。
【IPC分類】G06N3-00
【公開號】CN104616059
【申請?zhí)枴緾N201510048332
【發(fā)明人】葉倩, 樓旭陽
【申請人】無錫職業(yè)技術學院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月29日