[发明专利]强冲击噪声下基于量子射线机理的相干分布源测向方法

说明书

本发明提供一种强冲击噪声下基于量子射线机理的相干分布源测向方法，包括：建立相干分布源的广义阵列流型，构造基于加权无穷范数低阶协方差矩阵的极大似然测向方程；计算更新后所有射线的适应度函数值，更新全局最优量子位置和局部最优量子位置；每条射线依概率从斯涅尔折射定律演化和随机演化两种演化规则中选择一种更新其量子位置；计算更新后所有射线的适应度函数值，更新全局最优量子位置和局部最优量子位置；判断是否达到最大迭代次数，若未达到，返回步骤三；若达到则终止循环迭代，输出全局最优量子位置，经过映射变换为全局最优位置对应中心方位角和角度扩散的极大似然估计值。本发明在强冲击噪声环境下具有鲁棒性，突破现有应用局限。

技术领域

本发明涉及一种强冲击噪声环境下的基于量子射线机理的相干分布源测向方法，属于阵列信号处理领域。

背景技术

近年来，高分辨率的阵列信号处理技术备受关注，尤其是阵列测向技术，在地震探测、雷达、无源声纳、无线通信等诸多领域得到广泛应用，并形成了许多高分辨率估计算法。这些估计算法大多假设信号源是远场的点目标，点目标模型是实际环境的一种近似，且这些算法往往假设背景噪声为高斯噪声,利用二阶或高阶累积量进行分析可以获得理想的结果。然而,由于目标的尺寸取决于与阵列接受天线的距离，加之多径效应、散射等现象的影响，无线移动通信中信号波达角常在一定范围内被展开，呈现出分布信号源，而且有非高斯噪声的存在，如海杂波噪声、大气噪声、无线信道噪声等，这些噪声的模型可表示成SαS随机过程,它与高斯噪声模型失配,使得传统的基于二阶或高阶累积量的算法失效，根据分布源的散射特性，可以将其分为相干分布源和非相干分布源两类，因此研究在冲击噪声下基于量子射线机理的相干分布源测向方法具有重要的意义和价值。

使用极大似然算法进行相干分布源测向，可以获得高精度高分辨的测向性能，且可以分辨相干信源，但是需要对多维非线性优化问题进行全局最优值搜索，如何快速高精度得到搜索结果是极大似然测向方法应用的经典难题，使用智能优化算法对其求解是一种具有潜力的解决方案，但现有的智能优化算法在求解复杂测向问题时又存在一些不足，如收敛速度慢、易陷入局部极值等，因此需要针对具体问题设计新的智能优化算法进行求解。

通过对现有技术文献的检索发现，马培锋等在《声学技术》(2007,26(05):817-821)上发表的“相干分布源的方位估计”中提出Toeplitz化的相干分布源波达方向估计方法，此方法把点目标的Toeplitz化去相干算法引入到分布式目标的方位估计中，并对噪声子空间进行重构，在高斯噪声环境下表现出一定的鲁棒性，但在冲击噪声下效果不理想。

已有文献的检索结果表明，现有的相干分布源测向方法多采用广义Capon波束形成方法、DSPE方法和广义ESPRIT方法等，此类算法实时性好且计算量小，但大多不能直接对相干信源进行求解，并且在低信噪比和强冲击噪声的环境下性能较差，因此提出一种在强冲击噪声下基于量子射线机理的相干分布源测向方法，其具体是在强冲击噪声下设计了一种加权无穷范数低阶协方差矩阵，设计基于加权无穷范数低阶协方差矩阵的极大似然测向方程进行分布源测向，并通过量子射线机理快速得到测向结果，解决现有的相干分布源测向方法在强冲击噪声和低信噪比背景下性能恶化的技术难题。

发明内容

针对现有相干分布源测向方法的缺点和不足，本发明设计了一种强冲击噪声下基于量子射线机理的相干分布源测向方法，在强冲击噪声环境下具有鲁棒性，并设计了量子射线机理进行高效求解，突破了现有相干分布源测向方法的一些应用局限。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤一：建立相干分布源的广义阵列流型，获取阵列接收信号的快拍采样数据，构造基于加权无穷范数低阶协方差矩阵的极大似然测向方程；

步骤二：初始化每条射线的量子位置并设定相关参数，构造适应度函数，计算所有射线的适应度函数值，保存全局最优量子位置和局部最优量子位置，初始化每条射线的量子旋转角矢量并更新其量子位置，计算更新后所有射线的适应度函数值，更新全局最优量子位置和局部最优量子位置；