一种基于文化蚁狮机制的特殊阵列动态测向方法技术

一种基于文化蚁狮机制的特殊阵列动态测向方法，属于阵列信号处理领域。本发明专利技术包括如下步骤：设置非等距双均匀阵列，初始化搜索区间和最大迭代次数，更新协方差矩阵，初始化蚁群和蚁狮群空间，计算适应度值，标记精英蚁狮，初始化信仰空间；判断迭代次数是否为文化算子参与度的整数倍，若不是，则轮盘赌选择优秀的蚁狮，蚂蚁围绕其和精英蚁狮随机游走，计算蚂蚁适应值，更新蚁狮位置和精英蚁狮位置，否则对蚁狮变异，计算变异后蚁狮适应值，选取适应值较优的一半蚁狮作为下一代蚁狮，更新信仰空间和精英蚁狮位置。本发明专利技术不仅跟踪速度快，搜索精度高，而且可扩展阵列孔径，突破信源数不能超过天线数的限制，回避传统方法对天线摆放的苛刻要求。

A Special Array Dynamic Direction Finding Method Based on Culture Ant Lion Mechanism

A special array dynamic direction finding method based on cultural ant lion mechanism belongs to the field of array signal processing. The invention comprises the following steps: setting a non-equidistant double uniform array, initializing search interval and maximum iteration times, updating covariance matrix, initializing ant colony and ant lion colony space, calculating fitness value, marking elite ant lion, initializing belief space, judging whether the iteration times are integer times of cultural operator participation, if not, roulette betting to select excellent ant lion and ant. Ants walk around them and elite ant lions randomly, calculate ant fitness, update ant lion position and elite ant lion position. Otherwise, for ant lion mutation, calculate the adaptive value of mutated ant lion, select half of the better fitness as the next generation ant lion, update belief space and elite ant lion position. The invention not only has fast tracking speed and high search precision, but also expands the array aperture, breaks through the limitation that the number of sources can not exceed the number of antennas, and avoids the stringent requirements of traditional methods for antenna placement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于文化蚁狮机制的特殊阵列动态测向方法
本专利技术属于阵列信号处理领域，具体涉及一种基于文化蚁狮机制的特殊阵列动态测向方法。
技术介绍
目前，波达角度(DOA)估计方法主要针对的是静止的信源。而在实际情况下，信源位置是变化的，即波达方向随时间发生改变。传统的DOA估计方法，需要接收信号在一定的快拍内波达方向不变，以便于利用接收数据统计特性求得精确角度。而在动态信源下，多次快拍的数据对应的不是同一个波达方向，传统的DOA估计方法就不再适用。因此，研究在波达方向时刻改变情况下的动态DOA估计方案，对实际应用有重要意义。DOA估计领域常用的算法有子空间分解类算法和子空间拟合类算法。子空间分解类又可分为噪声子空间类算法如MUSIC算法和旋转不变子空间类算法如ESPRIT算法，多数DOA估计围绕这些算法开展研究。子空间拟合类算法中比较实用的算法有最大似然算法ML、加权子空间拟合WSF算法等。最大似然算法是一种求解非线性多维问题的算法，运算量随着维数的增多而急剧增大。为了增强该算法的实用性应寻找算法的快速实现方法，已有的算法如轮换投影(AP)算法等，可以在一定程度上减少计算量，然而随着信号源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于文化蚁狮机制的特殊阵列动态测向方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设置非等距双均匀阵列，获得特殊阵列的接收信号，构造扩展的虚拟均匀线阵的协方差矩阵及其对应的导向矩阵；(2)初始化搜索上界和搜索下界，初始化最大迭代次数、搜索因子和遗传因子；(3)更新虚拟阵列的协方差矩阵

【技术特征摘要】
1.一种基于文化蚁狮机制的特殊阵列动态测向方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设置非等距双均匀阵列，获得特殊阵列的接收信号，构造扩展的虚拟均匀线阵的协方差矩阵及其对应的导向矩阵；(2)初始化搜索上界和搜索下界，初始化最大迭代次数、搜索因子和遗传因子；(3)更新虚拟阵列的协方差矩阵当k＝1时，(4)初始化蚁群和蚁狮群空间，计算所有个体适应度值，将蚁狮中适应度值最大的蚁狮记为精英蚁狮；初始化信仰空间；(5)判断迭代次数是否为文化算子参与度的整数倍，若是，则轮盘赌选择适应度值较优的蚁狮位置，更新搜索边界，建立蚂蚁随机游走模型并将其归一化，更新蚁群位置，执行步骤(6)；否则，执行步骤(7)；(6)计算蚁群中蚂蚁位置的适应度值，当存在蚂蚁适应度值优于蚁狮适应度值时，更新蚁狮位置，执行步骤(9)；(7)对蚁狮群中所有蚁狮位置进行变异操作，进行边界检查，调整不在搜索区域内的蚁狮位置，计算变异前后所有蚁狮位置的适应度值，选取适应度值较优的一半蚁狮位置作为下一代蚁狮位置；(8)更新信仰空间；(9)如果蚁狮中存在适应度值优于精英蚁狮适应度值，更新精英蚁狮位置，判断是否达到最大迭代次数Tk，若满足，输出精英蚁狮位置为第k个快拍估计的波达方向否则，执行步骤(5)；(10)判断是否达到最大快拍数，若满足，输出动态测向结果；否则，则更新搜索区间上界和下界，更新最大迭代次数，执行步骤(3)。2.根据权利要求1所述的一种基于文化蚁狮机制的特殊阵列动态测向方法，其特征在于：所述步骤(1)中非等距双均匀阵列由B、C两个子阵共M个各向同性阵元构成，每个子阵为均匀线阵；阵列中阵元位置矢量为其中为正整数，m＝1,2,...,M，信号源波长为λ，阵元间距都设置为半波长整数倍，且得到的整数组合是一个连续的自然数集合；设子阵C有a个阵元,其中a≥2；子阵B有b个阵元，其中b≥2且a+b＝M；子阵C的相邻阵元间距为子阵B的相邻阵元间距子阵C和子阵B的间隔为设最大相关延迟为则非等距双均匀线阵虚拟出个阵元的均匀线阵；设阵列远场有N个窄带点源以平面波的方式入射，则非等距双均匀线阵接收到的快拍数据为X(k)＝A(θ)s(k)+n(k)，式中A(θ)＝[a(θ1),a(θ2),...,a(θN)]为M×N维导向矢量，其中第n个导向矢量为n＝1,2,…,N，θ＝[θ1,θ2,...,θN]T为到达角矢量，X(k)＝[x1(k),x2(k),...,xM(k)]T为M×1维阵列快拍矢量，其中k为快拍次数，s(k)＝[s1(k),s2(k),...,sN(k)]T为N×1维信号矢量，n(k)为M×1维高斯噪声矢量，j为复数单位，T为取矩阵的转置；构造第k个快拍数据的协方差矩阵Rk＝X(k)XH(k)，将Rk扩展成虚拟的均匀线阵的协方差矩阵扩展的方法为：第k个快拍数据矢量的协方差矩阵为Rk＝X(k)XH(k)＝[c1(k),c2(k),...,cM(k)],其中m＝1,2,...,M；令其中E(·)表示求数学期望，1≤ρ,τ≤M，则虚拟的均匀线阵对应的协方差矩阵为其中则虚拟的均匀线阵对应的导向矩阵为第n个扩展的导向矢量为维的1≤n≤N。3.根据权利要求1所述的一种基于文化蚁狮机制的特殊阵列动态测向方法，其特征在于：所述步骤(2)中初始化搜索上界和搜索下界设置第k次快拍对应的最大迭代次数如果则其中χ为搜索因子，[·]为取整函数，max(·)为求集合中最大的数的函数，初始化遗传因子γ，本步骤中k＝1。4.根据权利要求1所述的一种基于文化蚁狮机制的特殊阵列动态测向方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高洪元，刘长庚，苏雨萌，刁鸣，谢婉婷，侯阳阳，池鹏飞，臧国建，张晓桐，吕阔，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23