[发明专利]一种多参数优化的自适应随机共振水声信号检测方法

摘要

本发明公开了一种多参数优化的自适应随机共振水声信号检测方法，解决了现有技术中随机共振的系统结构参数和计算步长选取难的问题。实现步骤为：确定随机共振系统多参数的搜索范围和搜索精度；二进制编码；初始化种群；确定初始化种群中个体选次数；交叉运算；变异运算；二进制解码；接收机接收水声信号；计算适应度值；输出判决。本发明将输出信噪比增益和误比特率作为适应度函数，用遗传算法对随机共振结构参数和计算步长进行自适应调整，最优地检测出近海水下复杂信道下的微弱水声信号。本发明大幅度提高了输出信号的信噪比增益，降低了误比特率，用于近海水下通信中水声信号检测。

主权项

1.一种多参数优化的自适应随机共振水声信号检测方法，其特征在于，应用于近海水下通信，用信号源产生矩形脉冲信号，得到原始水声信号，发送端发送原始水声信号，在近海水下通信，通过水下潜艇接收端的通信接收机接收水声信号，包括有如下步骤：(1)确定随机共振系统多参数的搜索范围和搜索精度：设置随机共振系统第一结构参数a、第二结构参数b以及计算步长h的大致搜索范围即a∈[Amin,Amax]，b∈[Bmin,Bmax]，h∈[Hmin,Hmax]和搜索精度δ，其中a、b均为势函数参数；(2)二进制编码：对随机共振系统结构参数a、b和计算步长h进行二进制编码,编码长度为l+k+j；(3)初始化种群：初始化遗传种群规模，设置种群大小pop，迭代的最大次数itmax，选择概率为p1，交叉概率为p2，变异概率为p3；(4)确定初始化种群中个体被选中的次数：把当前初始化群体中适应度fi较高的个体按适应度函数遗传到下一代群体中，具体流程为：4a)根据适应度函数计算出初始化群体中所有个体的适应度f_i，所有个体的适应度总和为4b)计算出每个个体的相对适应度大小即为每个个体被遗传到下一代群体的选择概率p_i，每个选择概率值p_i组成一个区域，全部选择概率值之和为1；4c)产生一个0到1之间的随机数x，依据该随机数x出现在哪一块选择概率区域pi确定各个个体被选中的次数m，次数m＝pop×pi；(5)交叉运算：对初始化种群中的个体进行两两配对，并随机确定相互交换染色体的位置，相互交换两个个体之间的部分染色体产生新的个体；(6)变异运算：在初始化种群中的每一个个体，以变异概率p3改变某些基因为等位基因，即在变异点的位置上，“1”变成“0”或者“0”变成“1”；(7)二进制解码：对初始化种群中的个体进行解码，即对二进制编码为clcl‑1cl‑2…c1dkdk‑1dk‑2…d1ejej‑1ej‑2…e1进行解码，由解码公式得到二进制编码对应的随机共振系统结构参数a、b和计算步长h，进而得到信噪比增益函数和误比特率函数；(8)水下潜艇的通信接收机接收水声信号：发送端在近海水下输入原始水声信号，水下潜艇通信接收机接收从近海水下传递的原水声信号；(9)计算适应度值：以随机共振系统作为通信信号接收处理器，以随机共振输出的信噪比增益函数和误比特率函数作为适应度函数，通过适应度函数计算出适应度值，信噪比增益是衡量输出信号质量的指标，在随机共振系统结构参数a、b和计算步长h的共同作用下，对随机共振系统的输出信号x(t)进行信噪比估计，随机共振输出信噪比增益可以记为SNRgain(a,b,h)；用误比特率来衡量信号在规定时间内传输精确性的指标，随机共振系统输出信号x(t)在随机共振系统结构参数a、b和计算步长h的共同作用下，误比特率Pe(a,b,h)是关于随机共振系统结构参数a、b和计算步长h的函数，记为Pe(a,b,h)；(10)输出判决：判断：是否达到最大迭代次数，如果迭代次数满足最大迭代次数，输出末代种群中个体对应的适应度值，适应度值以信噪比增益和误比特率来表示，即得到随机共振系统结构参数a、b和计算步长h的最优值，使随机共振输出信噪比和误比特率达到最优，由最优结果恢复出原始水声信号；如果迭代次数不满足最大迭代次数，重复执行步骤4至步骤10，直到得到最优化值a，b和计算步长h，完成水声信号检测。