一种多无人机协同动态波达方向估计方法技术

本发明专利技术公开了一种多无人机协同动态波达方向估计方法，使用多个无人机，每个无人机搭载一根接收天线，组成结构可变的信号接收阵列，根据待测信源数，选择合适的阵列结构，推导出该结构下接收数据的分数低阶协方差阵或虚拟分数低阶协方差阵列，进而推导出极大似然方程，通过文化候鸟机制求解该方程，得到一次快拍的波达方向估计结果，通过更新方程更新加权样本分数低阶协方差阵列，重复上述求解过程，可得到最终的动态波达方向估计结果，解决现有波达方向估计方法无法兼顾无人机机动性、动态波达方向估计、冲击噪声环境下波达方向估计难题，同时突破了固定阵列结构的局限。同时突破了固定阵列结构的局限。同时突破了固定阵列结构的局限。

【技术实现步骤摘要】
一种多无人机协同动态波达方向估计方法


[0001]本专利技术属于阵列信号处理领域，涉及一种多无人机协同动态波达方向估计方法，特别是一种冲击噪声环境下基于文化候鸟机制的多无人机动态波达方向估计方法。

技术介绍

[0002]信号的波达方向(DOA)估计，又称测向，是阵列信号处理领域的一个重要研究方向。但实际应用中，需要使用较少的天线测较多的信源，因此基于嵌套阵列的特殊非均匀线阵引起人们的关注；同时，现实中有复杂的噪声环境，以及被测目标常常处于运动状态。因此，设计一种基于特殊非均匀阵列的动态波达方向估计方法并将其推广到冲击噪声环境是非常有必要的。
[0003]互质阵列属于非均匀阵列，其阵列结构和阵列自由度有闭式解；同时阵元间距较大，减小了阵元间互耦效应对波达方向估计精度的影响。但传统基于互质阵列的波达方向估计方法大多只适用于高斯噪声环境，同时不能对信源进行动态跟踪，并且阵列结构固定，波达方向估计性能有限，所以需要设计阵列结构灵活且能在冲击噪声环境下动态波达方向估计的方法。
[0004]使用极大似然原理进行波达方向估计，理论上可以获得较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多无人机协同动态波达方向估计方法，其特征在于，包括：步骤一，根据待测信源数目，控制无人机群位置，每个无人机放置一个阵元，构造所需阵列结构，如果信源数小于阵元数，执行步骤二；否则，执行步骤三；步骤二，建立均匀阵列测向模型，推导该模型下的分数低阶协方差矩阵及其对应的导向矩阵；步骤三，建立互质阵列测向模型，推导该模型下的分数低阶协方差矩阵及其对应的导向矩阵；步骤四，初始化波达方向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；步骤五，更新阵列的分数低阶协方差阵γ为遗传因子，k为快拍次数标号，当k＝1时，步骤六，初始化候鸟群空间，计算所有候鸟个体适应度值，初始化信仰空间；步骤七，搜索鸟群邻域，完成鸟群更新；步骤八，判断是否替换领飞鸟；步骤九，更新信仰空间，设以选择概率β为比例更新信仰空间；步骤十，判断是否达到最大迭代次数T
k
，如果是，输出领飞鸟位置为第k次快拍估计的波达方向N为信源数；否则，令鸟群代数t＝t+1，执行步骤七；步骤十一，判断是否达到最大快拍数，如果达到，输出所有快拍动态波达方向估计结果；否则，更新第n维变量搜索上界和下界，n＝1,2,
…
,N，规则为：,N，规则为：其中当k＝1时，＝1时，为搜索半径，z为收敛系数，且0<z<1；更新最大迭代次数若则接收第k+1次快拍数据，令k＝k+1，t＝1，执行步骤五。2.根据权利要求1所述的一种多无人机协同动态波达方向估计方法，其特征在于：步骤二所述建立均匀阵列测向模型，推导该模型下的分数低阶协方差矩阵及其对应的导向矩阵包括：假设有N个远场窄带信号入射到M个阵元的均匀线阵上，则接收到第k次的快拍数据为X(k)＝A(θ)s(k)+n(k)，式中A(θ)＝[a(θ1),a(θ2),
…
,a(θ
N
)]为M
×
N维导向矢量，其中第n个导向矢量为d为两个阵元最小间隔，θ＝[θ1,θ2,
…
,θ
N
]为到达角矢量，λ为信号源波长，X(k)＝[x1(k),x2(k),
…
,x
M
(k)]
T
为M
×
1维阵列快拍矢量，其中k代表快拍次数标号，s(k)＝[s1(k),s2(k),
…
,s
N
(k)]
T
为第k次快拍采样的N
×
1维信号矢量，n(k)为M
×
1维独立同分布的加性SaS噪声矢量，j为复数单位，T为取矩阵转置；则第k个快拍数据的加权分数低阶协方差阵为其中
“⊙”
表示将两向量对应维元素相乘，abs()表示将括号中向量的每一维取绝对值，p1为分数低阶协方差参数，且0＜p1＜1。
3.根据权利要求1所述的一种多无人机协同动态波达方向估计方法，其特征在于：步骤三所述建立互质阵列测向模型，推导该模型下的分数低阶协方差矩阵阵及其对应的导向矩阵包括：N个远场窄带信号入射到互质阵列，互质阵列由B和C两个子阵组成，每个子阵为均匀线阵；设子阵B有2
×
b1个阵元，子阵C有c1个阵元，子阵B的阵元间距为c1d，子阵C的阵元间距为b1d，b1和c1为互质数，设λ为信号源波长，最小阵元间隔都设置为d，互质阵列中子阵B和C的第一个阵元位置重合，故实际物理阵元数则阵列中阵元位置为其中为整数，得到整数组合取其连续部分可得一个自然数集合，设D中连续自然数个数为M
‑
1，则互质阵列虚拟出M个阵元的均匀线阵；设远场有N个窄带信号入射到阵列，则互质阵列接收到的第k次快拍数据为式中为维导向矢量，其中第n个导向矢量为n＝1,2,
…
,N，θ＝[θ1,θ2,
…
,θ
N
]为到达角矢量，为维阵列快拍矢量，其中k为快拍次数的标号，s(k)＝[s1(k),s2(k),
…
,s
N
(k)]
T
为N
×
1维信号矢量，n(k)为维独立同分布的加性SaS噪声矢量，则第k个快拍数据的加权分数低阶协方差阵为其中
“⊙”
表示将两向量对应维元素相乘，p1为分数低阶协方差参数，且0＜p1＜1；将扩展为虚拟均匀阵列的加权分数低阶协方差阵C
k
；其中其中令其中E(
·
)表示求数学期望，1≤ρ,τ≤M，则虚拟均匀线阵的分数低阶协方差阵C
k
＝[c1(k),c2(k),
…
,c
M
(k)]，其中c
m
(k)＝[c
1m
(k),c
2m
(k),
…
,c

【专利技术属性】
技术研发人员：高洪元，陈暄，孙志国，王欣悦，谷晓苑，狄妍岐，杜子怡，马静雅，赵海军，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：