一种免疫飞蛾扑火机制的特殊阵列测向方法技术

本发明专利技术公开一种免疫飞蛾扑火机制的特殊阵列测向方法，包括步骤设置两个非等距均匀线阵构成的特殊稀疏线阵，根据特殊稀疏阵列接收信号构造无穷范数低阶矩；将特殊双均匀线阵的无穷范数低阶矩虚拟成更多阵元的均匀线阵的扩展无穷范数低阶矩，利用虚拟均匀线阵的扩展导向矩阵构造正交投影矩阵，获得特殊双均匀线阵的无穷范数极大似然方程；生成飞蛾初始种群，计算适应度值，初始化火焰矩阵；通过不同演化机制制备的疫苗母本和疫苗进行接种以及位置更新，最终输出全局最优火焰位置，即为估计角度；本发明专利技术可以在复杂冲击噪声环境下，利用特殊非等距双均匀线阵对信源进行高精度测向。

A Special Array Direction Finding Method for Fire Fighting Mechanism of Immune Moth

The invention discloses a special array direction finding method for immune moth fire suppression mechanism, which includes setting up two special sparse linear arrays composed of non-equidistant uniform linear arrays step by step, constructing infinite norm low-order moments according to received signals of special sparse arrays, virtual forming infinite norm low-order moments of special dual uniform linear arrays into extended infinite norm low-order moments of more uniform linear arrays, and utilizing virtual averaging. The extended steering matrix of uniform linear array constructs orthogonal projection matrix to obtain infinite norm maximum likelihood equation of special double uniform linear array; generates initial population of moths, calculates fitness value and initializes flame matrix; vaccinates and updates vaccines prepared by different evolutionary mechanisms, and finally outputs global optimal flame position, i.e. estimation angle; It can use special non-equidistant dual uniform linear array for high precision direction finding in complex impulse noise environment.

【技术实现步骤摘要】
一种免疫飞蛾扑火机制的特殊阵列测向方法
本专利技术涉及阵列信号处理领域，具体涉及一种免疫飞蛾扑火机制的特殊阵列测向方法。
技术介绍
波达方向(DirectionofArrival，DOA)估计是阵列信号处理的一个重要研究领域，在卫星通信系统、雷达、声源跟踪、谱估计和通信等领域都有广泛的应用。传统DOA估计算法大多是在均匀线阵的条件下研究的，在阵元数相同的条件下，非均匀线阵能够获得更大的阵列孔径，提高角度分辨率，同时非均匀线阵阵元摆放位置不唯一，受实际环境的影响较小，此外在强冲击噪声环境下，传统基于二阶和高阶统计量的测向方法不能很好地对信号进行处理，因此需要找到一种能够改善分数低阶矩的测向性能的特殊阵列测向方法。经过对现有文献的检索发现，陈柱学等在《雷达科学与技术》(2014，Vol.12，No.2，PP.166-170)发表的“非均匀线阵的快速求根MUSIC方法”中，针对非均匀线阵DOA估计带来的高计算量问题，提出了一种快速的多项式求根MUSIC方法，但是该方法只适用于高斯噪声下的角度估计。吕泽均等在《电子与信息学报》(2004，Vol.26，No.3，pp.350-356)上发表的“一种冲击噪声环境中的二维DOA估计新方法”中，一种基于阵列输出信号的分数低阶矩的协变异DOA矩阵二维测向算法，在加性高斯白噪声和冲击噪声环境中都能给出精度较高的二维DOA估计，但是该方法只适用于均匀线阵，不能实现阵列扩展。鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。
技术实现思路
为解决上述技术缺陷，本专利技术采用的技术方案在于，在复杂冲击噪声环境下，基于两个间距不等的双均匀线阵、无穷范数极大似然测向方法和免疫飞蛾扑火等方法，设计了一种扩展阵列孔径的特殊双均匀线阵阵列测向方法，即本专利技术所述免疫飞蛾扑火机制的特殊阵列测向方法，包括步骤：S1，设置由两个非等距均匀线阵构成的特殊稀疏线阵列，根据所述特殊稀疏阵列接收信号构造无穷范数低阶矩；S2，将所述特殊稀疏阵列的所述无穷范数低阶矩虚拟成虚拟均匀线阵的扩展无穷范数低阶矩，通过所述虚拟均匀线阵的扩展导向矩阵构造正交投影矩阵，获得所述特殊稀疏线阵的无穷范数极大似然方程；S3，生成飞蛾初始种群，计算适应度值，初始化火焰矩阵，初始化文化机制；S4，挑选优秀火焰位置，根据两种以上不同的演化机制制备疫苗母本和疫苗，放入疫苗库；S5，更新飞蛾矩阵；S6，计算所述飞蛾矩阵更新后每个飞蛾位置的适应度，从所述疫苗库获得疫苗对飞蛾进行免疫接种，产生接种后飞蛾位置，并再次进行所述接种后飞蛾位置的适应度计算，进行接种选择；S7，更新所述火焰矩阵，更新全局最优火焰位置；S8，判断终止条件，输出所述全局最优火焰位置，获得估计角度。较佳的，所述步骤S1中，所述非等距均匀线阵包括第一个均匀线阵和第二个均匀线阵；所述第一个均匀线阵和所述第二个均匀线阵的间距为z0λ/2，所述第一个均匀线阵由M1个各向同性天线阵元构成，所述第一个均匀线阵的阵元间距为半波长的整倍数z1λ/2；所述第二个均匀线阵由M2个各向同性天线阵元构成，所述第二个均匀线阵的阵元间距为半波长的整数z2λ/2，其中z0、z1、z2为大于或等于1的整数，λ为波长；所述第一个均匀线阵和所述第二个均匀线阵构成所述特殊稀疏线阵列；所述特殊稀疏线阵列中第m个阵元相对于第一个阵元的间距设为dm，其中，m＝1，2，...，M1+M2；所述特殊稀疏线阵列中阵元间距ε＝λ/2，则阵元坐标为其中都为整数；集合Δ＝{hm-hv|m，v＝1，2，...，M1+M2，m＞v}是一个连续的自然数集合。较佳的，所述特殊稀疏线阵列远场设置有N个窄带点源以波长为λ的平面波入射，所述特殊稀疏线阵列接收的第k次快拍数据的表达式为：其中，x(k)为(M1+M2)×1维阵列快拍数据；k为快拍次数；A(θ)为(M1+M2)×N维导向矩阵；s(k)为N×1维信号；为(M1+M2)×1维服从SαS分布的复冲击噪声；其中，第k次快拍采样的(M1+M2)×1维阵列快拍数据x(k)的表达式为：所述(M1+M2)×N维导向矩阵A(θ)的表达式为：A(θ)＝[a(θ1)，a(θ2)，...，a(θN)]；其中，第n个导向矢量a(θn)的表达式为：其中，n＝1，2，...，N；θ＝(θ1，θ2，...，θN)为来波方位矢量；j为复数单位；λ为平面波波长；第k次采样的N×1维信号s(k)的表达式为：s(k)＝[s1(k)，s2(k)，...，sN(k)]T；则第k次采样数据的加权无穷范数归一化信号的表达式为：根据所述特殊稀疏线阵列接收信号构造的所述无穷范数低阶矩为：其中，E()表示数学期望，H代表共轭转置。较佳的，所述步骤S2中，所述无穷范数低阶矩的表达式为：其中m＝1，2，...，M1+M2；所述特殊稀疏线阵列为特殊双均匀线阵；所述特殊稀疏线阵列可虚拟成数量大于M1+M2个阵元组成的虚拟均匀线阵，根据所述特殊稀疏线阵列计算得到的最大相关延迟为M3，所述虚拟均匀线阵的阵元个数为(M3+1)个；令(β-q)ε＝dw-dm，1≤β，q≤M3+1，1≤w，m≤M1+M2，则所述虚拟均匀线阵的扩展无穷范数低阶矩为：其中1≤β≤M3+1；所述虚拟均匀线阵的扩展导向矩阵为：B(θ)＝[b(θ1)，b(θ2)，...，b(θN)]，其中，第n个扩展导向矢量n＝1，2，...，N。较佳的，所述正交投影矩阵表达式为：PB(θ)＝B(θ)[BH(θ)B(θ)]-1BH(θ)，所述扩展无穷范数低阶矩所对应的无穷范数极大似然方程的角度估计值为：其中tr()为矩阵求迹函数。较佳的，所述步骤S3中，随机产生I个飞蛾个体，每个飞蛾搜索空间的维数定义为N维，在第t次迭代，群体中第i个飞蛾位置为其中1≤i≤I，t表示免疫飞蛾扑火的迭代次数，初始迭代次数设为t＝1；所述第i个飞蛾位置的适应度函数为：其中；根据所述适应度函数计算出每个飞蛾位置的适应度值，按所述适应度值对所述飞蛾个体进行优劣排序，把搜索到的最优飞蛾适应度值的飞蛾位置存入火焰矩阵，第i个火焰位置为其中1≤i≤I，并且将所述适应度最大值对应的火焰位置记为全局最优火焰位置并根据所述适应度值对对应的所述火焰位置进行优劣排序；所述文化机制包括形势知识和规范知识，所述形势知识对应全局最优火焰位置；所述规范知识包括第n个变量的变化范围In＝[ln，un]，所述规范知识的下限ln和上限un根据问题所给定的变量取值范围来初始化；Ln表示第n维变量的下限ln所对应的评价值，Un表示第n维变量的上限un所对应的评价值，Ln和Un均初始化为-∞。较佳的，所述步骤S4中，挑选飞蛾使用演化机制制备疫苗母本其中1≤i≤I；使用所述优劣排序中前50％的优秀飞蛾进行所述疫苗母本的制备，一半的所述疫苗母本根据局部搜索机制进行制备，另一半的所述疫苗母本根据所述文化机制进行制备，所述疫苗母本采用整体制备或随机抽取制备的制备方式制备成疫苗放入所述疫苗库。较佳的，使用所述全局最优火焰位置和优秀火焰的整体经验对飞蛾位置调整制备的疫苗母本为：其中，rand1和rand2为[0，1]之间的均匀随机数，为前50％优秀火焰位置第n维的平均，为加权系数，1≤ξ≤I/2，1≤n≤N；使用所述文化机制的所述规范知识和火焰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种免疫飞蛾扑火机制的特殊阵列测向方法，其特征在于，包括步骤：S1，设置由两个非等距均匀线阵构成的特殊稀疏线阵列，根据所述特殊稀疏阵列接收信号构造无穷范数低阶矩；S2，将所述特殊稀疏阵列的所述无穷范数低阶矩虚拟成虚拟均匀线阵的扩展无穷范数低阶矩，通过所述虚拟均匀线阵的扩展导向矩阵构造正交投影矩阵，获得所述特殊稀疏线阵的无穷范数极大似然方程；S3，生成飞蛾初始种群，计算适应度值，初始化火焰矩阵，初始化文化机制；S4，挑选优秀火焰位置，根据两种以上不同的演化机制制备疫苗母本和疫苗，放入疫苗库；S5，更新飞蛾矩阵；S6，计算所述飞蛾矩阵更新后每个飞蛾位置的适应度，从所述疫苗库获得疫苗对飞蛾进行免疫接种，产生接种后飞蛾位置，并再次进行所述接种后飞蛾位置的适应度计算，进行接种选择；S7，更新所述火焰矩阵，更新全局最优火焰位置；S8，判断终止条件，输出所述全局最优火焰位置，获得估计角度。

【技术特征摘要】
1.一种免疫飞蛾扑火机制的特殊阵列测向方法，其特征在于，包括步骤：S1，设置由两个非等距均匀线阵构成的特殊稀疏线阵列，根据所述特殊稀疏阵列接收信号构造无穷范数低阶矩；S2，将所述特殊稀疏阵列的所述无穷范数低阶矩虚拟成虚拟均匀线阵的扩展无穷范数低阶矩，通过所述虚拟均匀线阵的扩展导向矩阵构造正交投影矩阵，获得所述特殊稀疏线阵的无穷范数极大似然方程；S3，生成飞蛾初始种群，计算适应度值，初始化火焰矩阵，初始化文化机制；S4，挑选优秀火焰位置，根据两种以上不同的演化机制制备疫苗母本和疫苗，放入疫苗库；S5，更新飞蛾矩阵；S6，计算所述飞蛾矩阵更新后每个飞蛾位置的适应度，从所述疫苗库获得疫苗对飞蛾进行免疫接种，产生接种后飞蛾位置，并再次进行所述接种后飞蛾位置的适应度计算，进行接种选择；S7，更新所述火焰矩阵，更新全局最优火焰位置；S8，判断终止条件，输出所述全局最优火焰位置，获得估计角度。2.如权利要求1所述免疫飞蛾扑火机制的特殊阵列测向方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述非等距均匀线阵包括第一个均匀线阵和第二个均匀线阵；所述第一个均匀线阵和所述第二个均匀线阵的间距为z0λ/2，所述第一个均匀线阵由M1个各向同性天线阵元构成，所述第一个均匀线阵的阵元间距为半波长的整倍数z1λ/2；所述第二个均匀线阵由M2个各向同性天线阵元构成，所述第二个均匀线阵的阵元间距为半波长的整数z2λ/2，其中z0、z1、z2为大于或等于1的整数，λ为波长；所述第一个均匀线阵和所述第二个均匀线阵构成所述特殊稀疏线阵列；所述特殊稀疏线阵列中第m个阵元相对于第一个阵元的间距设为dm，其中，m＝1，2，...，M1+M2；所述特殊稀疏线阵列中阵元间距ε＝λ/2，则阵元坐标为其中都为整数；集合Δ＝{hm-hv|m，v＝1，2，...，M1+M2，m＞v}是一个连续的自然数集合。3.如权利要求2所述免疫飞蛾扑火机制的特殊阵列测向方法，其特征在于，所述特殊稀疏线阵列远场设置有N个窄带点源以波长为λ的平面波入射，所述特殊稀疏线阵列接收的第k次快拍数据的表达式为：其中，x(k)为(M1+M2)×1维阵列快拍数据；k为快拍次数；A(θ)为(M1+M2)×N维导向矩阵；s(k)为N×1维信号；为(M1+M2)×1维服从SαS分布的复冲击噪声；其中，第k次快拍采样的(M1+M2)×1维阵列快拍数据x(k)的表达式为：所述(M1+M2)×N维导向矩阵A(θ)的表达式为：A(θ)＝[a(θ1)，a(θ2)，...，a(θN)]；其中，第n个导向矢量a(θn)的表达式为：其中，n＝1，2，...，N；θ＝(θ1，θ2，...，θN)为来波方位矢量；j为复数单位；λ为平面波波长；第k次采样的N×1维信号s(k)的表达式为：s(k)＝[s1(k)，s2(k)，...，sN(k)]T；则第k次采样数据的加权无穷范数归一化信号的表达式为：根据所述特殊稀疏线阵列接收信号构造的所述无穷范数低阶矩为：其中，E()表示数学期望，H代表共轭转置。4.如权利要求3所述免疫飞蛾扑火机制的特殊阵列测向方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述无穷范数低阶矩的表达式为：其中m＝1，2，...，M1+M2；所述特殊稀疏线阵列为特殊双均匀线阵；所述特殊稀疏线阵列可虚拟成数量大于M1+M2个阵元组成的虚拟均匀线阵，根据所述特殊稀疏线阵列计算得到的最大相关延迟为M3，所述虚拟均匀线阵的阵元个数为(M3+1)个；令(β-q)ε＝dw-dm，1≤β，q≤M3+1，1≤w，m≤M1+M2，则所述虚拟均匀线阵的扩展无穷范数低阶矩为：其中1≤β≤M3+1；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛景泰，杜亚男，沙祥，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34