[發明專利]一種基于差分進化機理的目標船舶方位估計方法

有效

• 申請號: 201410658603.0
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104360306A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 王榮杰
• 申請（專利權）人: 集美大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14;G01S3/12
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 李伊飏

技術領域

本發明屬于信號處理領域，具體涉及一種基于差分進化機理的船舶定位方法。

背景技術

船舶是海上交通的一種重要載體，由于海洋環境的“復雜”和氣候的“善變”，船舶的安全運行不可避免受到影響，甚至因船舶本身受到損傷而造成海損事故，一旦事故發生，航行船舶的方位信息將為安全保障部門做出準確的維護或搜救決策提供至關重要的科學支持；不僅如此，為了保證船舶安全航行，船舶方位更是海上智能交通自動定位識別和船舶避碰系統做出決策的重要依據。

信號處理領域中的波達方位(Direction?of?Arrival，DOA)估計(例如文獻：張賢達.現代信號處理[M].北京:清華大學出版社,2002.)，是一種廣泛應用于雷達、聲納、導彈制導和無線通信系統等方面的目標方位估計方法，其原理是通過對天線陣列接收的信號進行分析得到目標源的方位。現有的DOA估計方法主要可分為三類：多重信號分類(multiple?signal?classification，MUSIC)法(參見文獻：Zhang?X?D.Modern?Signal?Processing[M].Beijing:Tsinghua?University?Press,2002.以及文獻：Zhang?Y.,Ng?B.P.MUSIC-like?DOA?Estimation?without?Estimating?the?Number?of?Sources[J].IEEE?Transcations?on?Signal?Processing,2010,58(3):1668-1669.)、旋轉不變技術(estimating?signal?parameter?via?rotational?invariance?techniques，ESPRIT)(參見文獻：Jensen?J.R.,Christensen?M.G.,Jensen?S.H.Nonlinear?Least?Squares?Methods?for?Joint?DOA?and?Pitch?Estimation[J].IEEE?Transactions?on?Audio,Speech,and?Language?Processing,2013,21(5):923-9333.以及文獻：Stoica?P.,Gershman?A.B.Maximum-likelihood?DOA?Estimation?by?Data-supported?Grid?Search[J].IEEE?Signal?Processing?Letters,2009,6(10):273-275.)和最大似然估計法。

其中，多重信號分類MUSIC方法對噪聲具有很好的魯棒性，但它需要接收信號的快拍數足夠多，并且它的估計精度和待定位目標源之間的方位差互相制約。旋轉不變技術ESPRIT能適用于方位差較大的情況下，但它不僅對噪聲抑制能力差外，并且像MUSIC估計方法一樣要求信號的快拍數足夠多。最大似然估計法是一種具有優秀統計特性和魯棒性的技術(參見文獻：Volodymyr?V.Improved?Beamspace?ESPRIT-based?DOA?Estimation?via?Pseudo-noise?Resampling[C].EuMW&EuRAD?2012,Amsterdam,2012:238-241.)，理論上已經證明通過最大似然法可以得到最優的目標DOA方位；與子空間分解的MUSIC法和ESPRIT法比較，基于最大似然的DOA估計法的估計精度不僅不受快拍數的約束，并且在閾值區域內的漸近性相對較好。然而，由于似然函數是一個非線性的多模函數，要優化這個目標函數是一個很困難和復雜的問題。