【技术实现步骤摘要】
基于量子遗传算法的传声器阵列布置优化方法
本专利技术涉及阵列信号处理
,特别涉及一种基于量子遗传算法的传声器阵列布置优化方法,适用于大量的平面布置的二维阵列,优化了平面阵列的布置形式,达到更好的输出效果。
技术介绍
自20世纪70年代以来,传声器阵列开始用来处理语音信号,并广泛地应用于定向拾音、语音增强、声源分离及噪声源定位等领域。在人工智能发展的大潮下,基于传声器阵列的语音识别技术也成为当前研究的热点。但是在实际应用中,传声器阵列的数量和设备的便携性具有一定的限制。传声器数量无谓的增加对于信号精度的影响微乎其微,但是却带来了巨大的数据和计算压力。因此,在固定阵元数量和阵列尺寸固定的前提下,对阵元排布位置进行科学的选取和优化具有重要的意义。对于规则阵列,比如渐开线、螺旋线、同心圆等阵列,由于其结构比较有规律,容易产生重复采样和混叠效应,而对于不规则阵列,由于阵元的位置向量一般是线性无关的,因此可以有效地抑制上述缺点,但是由于阵列是不规则的,因此采用优化算法选择出合适的阵列布置形式具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于量子遗传算法的传声器阵列布置优化方法,以得到优化的平面阵列的布置形式,达到更好的输出效果,优化过程收敛速度快、迭代精度更高。本专利技术主要是通过下述技术方案来解决的:一种基于量子遗传算法的传声器阵列布置优化方法,所述方法包括如下步骤:步骤1,编码:首先以平面均匀矩形阵列为基础,将所述平面均匀矩形阵列的各个所述阵元编码,每 ...
【技术保护点】
1.一种基于量子遗传算法的传声器阵列布置优化方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:/n步骤1,编码:首先以平面均匀矩形阵列为基础,将所述平面均匀矩形阵列的各个所述阵元编码,每个编码包含了所述阵元的位置信息,所述阵元的编码采用二进制数字表示;/n步骤2,种群初始化:首先构造染色体,每个所述染色体包含了一个阵元布置形式的所有位置信息,其次随机选取若干所述染色体作为初始种群;/n步骤3,测量种群个体:所述染色体的编码以概率形式表示,对每轮进化后的种群里的所述个体进行测量,其中,测量时所述个体会依据给定的所述概率坍缩至基础态;/n步骤4,计算个体适应度:以阵列的方向图中功率下降3dB的等高线所围面积S为约束条件建立适应度函数,进而计算种群里各个体的适应度,并记录下最优个体和对应的适应度;/n步骤5,进化更新:采用量子旋转门的方式来进行种群的进化与更新;/n步骤6,迭代:终止条件为迭代次数,设定为500次,在达到终止条件前,返回步骤3,如此往复,直至达到终止条件中设置的迭代次数。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于量子遗传算法的传声器阵列布置优化方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
步骤1,编码:首先以平面均匀矩形阵列为基础,将所述平面均匀矩形阵列的各个所述阵元编码,每个编码包含了所述阵元的位置信息,所述阵元的编码采用二进制数字表示;
步骤2,种群初始化:首先构造染色体,每个所述染色体包含了一个阵元布置形式的所有位置信息,其次随机选取若干所述染色体作为初始种群;
步骤3,测量种群个体:所述染色体的编码以概率形式表示,对每轮进化后的种群里的所述个体进行测量,其中,测量时所述个体会依据给定的所述概率坍缩至基础态;
步骤4,计算个体适应度:以阵列的方向图中功率下降3dB的等高线所围面积S为约束条件建立适应度函数,进而计算种群里各个体的适应度,并记录下最优个体和对应的适应度;
步骤5,进化更新:采用量子旋转门的方式来进行种群的进化与更新;
步骤6,迭代:终止条件为迭代次数,设定为500次,在达到终止条件前,返回步骤3,如此往复,直至达到终止条件中设置的迭代次数。
2.根据权利要求1所述的一种基于量子遗传算法的传声器阵列布置优化方法,其特征在于,所述步骤1中的编码方式具体如下:
从N个正方形均匀分布的阵元中选取n个阵元组成阵列,对N个阵元进行编号,将编号转化成为等长的二进制编码,对于编码位数d,
选取方式如下:d=min{c|2c≥N,c∈1,2,3,4…∞}。
3.根据权利要求1所述的一种基于量子遗传算法的传声器阵列布置优化方法,其特征在于,所述步骤2中的编码采用量子比特来表示染色体中的基因信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于量子遗传算法的传声器阵列布置优化方法,其特征在于,对于第i个基因位,可将其表示为:
其中αi和βi均为复数,含义为概率幅。在量子力学中,概率幅可以用来描述粒子的位置,在本算法中,可以表示为在观测某基因位时,基因位的数值为0或者1的概率。|αi|2代表此基因位|ψi>变为|0>的概率,|βi|2代表此基因位|ψi>变为|1>的概率,并且有|αi|2+|βi|2=1。
一个具有m个基因、每个基因长度为d的染色体可以表示为:
为了使...
【专利技术属性】
技术研发人员:殷守斌,李继攀,田克强,孙素亮,郭瑞,王强,刘宏领,彭顺,徐珂,王维令,陈小虎,谷栋,李明,李中原,时鹏,张红敏,张伟,王陆丽,徐环,安勇,盛雨,
申请(专利权)人:国网山东省电力公司菏泽供电公司,国家电网有限公司,
类型:发明
国别省市:山东;37
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