[發明專利]慣性傳感器信號重構方法

在審

• 申請號: 201611007932.4
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106595661A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 蔣行國;羅珍珍;李海鷗;陳永和;李琦;張法碧
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G06N3/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司45107
• 代理人: 陳躍琳

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，具體涉及一種慣性傳感器信號重構方法。

背景技術

隨著科技的迅猛發展，慣性導航技術作為現代科技的一門尖端技術得到了廣泛應用。慣性傳感器是用來解決導航、定向和運動載體控制的核心部件，主要負責檢測和測量加速度、傾斜、振動以及多自由度運動，其精度對慣性導航系統的性能有至關重要的作用。由于慣性傳感器直接與載體相連，外界的干擾和隨機噪聲是影響慣性傳感器信號輸出精度的主要原因。隨著對信號處理的要求不斷提高，各領域對慣性傳感器信號的處理精度和速度要求越來越高。因此，如何盡可能地提高慣性傳感器的精度，有效抑制噪聲，是長期以來的研究熱點。

慣性傳感器信號一般為低頻或者比較平穩的信號，能進行稀疏表示，從而可以將匹配追蹤算法(Matching Pursuit,MP)用于慣性傳感器的信號的重構處理。MP重構算法是利用迭代的方式，從高度冗余的過完備原子庫中篩選出與待分解信號最佳匹配的原子，然后將待分解信號分解為最佳匹配原子表征的分量和殘差信號，對最佳匹配后的殘差信號進行反復迭代，直到達到終止條件，最后利用得到的稀疏解來實現信號重構。但是，由于MP算法在實際應用中存在計算量大，計算復雜度高等缺陷，因而在保證慣性傳感器的精度的前提下，難以完成慣性傳感器的信號的實時重構處理。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有MP算法存在計算量巨大的問題，提供一種慣性傳感器信號重構方法，其將量子蜂群算法與MP重構算法相結合，使得最優問題的求解速度大大加快，以實現在提高慣性傳感器信號輸出精度的同時滿足信號實時處理的要求，進而完成慣性傳感器信號的實時處理。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種慣性傳感器信號重構方法，包括如下步驟：

步驟1、設量子蜂群的數目為N，其中N個量子蜂群包含n₁個量子雇傭蜂和n₂個量子跟隨蜂，n₁+n₂＝N；隨機生成N個與量子蜂群對應的初始蜜源；設迭代次數t＝1，設最大搜索次數為Q；

步驟2、計算初始蜜源的適應度值，并記錄蜂群的全局最優蜜源、雇傭蜂的局部最優蜜源和跟隨蜂的局部最優蜜源；

步驟3、通過引入當前雇傭蜂的局部最優蜜源和蜂群的全局最優蜜源來控制量子旋轉角的方向，采用量子旋轉門操作的方式對量子雇傭蜂所對應的蜜源進行更新；搜尋結束后，計算新蜜源的適應度值，如果新蜜源的適應度值大于舊蜜源的適應度值，則用新蜜源代替舊蜜源，否則持舊蜜源不變；

步驟4、所有量子雇傭蜂搜索結束后，量子跟隨蜂根據量子雇傭蜂反饋的信息，采用輪盤賭的方式選擇蜜源，確定蜜源后，通過引入當前跟隨蜂的局部最優蜜源、雇傭蜂的局部最優蜜源和蜂群的全局最優蜜源來控制量子旋轉角的方向，采用量子旋轉門操作的方式對量子跟隨蜂所對應的蜜源進行更新；搜尋結束后，計算新蜜源的適應度值，如果新蜜源的適應度值大于舊蜜源的適應度值，則用新蜜源代替舊蜜源，否則持舊蜜源不變；

步驟5、判斷蜜源是否陷入局部最優，即如果連續Q次循環之后，雇傭蜂的局部最優蜜源一直沒有改變，則說明陷入局部最優，那么采用自適應概率調整方法得到新蜜源，以取代陷入局部最優的蜜源，迭代次數t加1，并返回步驟3；否則，直接進入步驟6；

步驟6、確定當前蜂群的全局最優蜜源，記錄其參數向量位置，并計算慣性傳感器信號的殘余分量；

步驟7、判斷慣性傳感器信號的殘余分量是否小于預定的重建精度；若小于重建精度，則停止迭代，并輸出蜂群的全局最優蜜源，以完成慣性傳感器信號的重構；否則，返回步驟3。

上述步驟5中，所述自適應概率調整方法為自適應量子均勻交叉方法和/或自適應量子非門變異方法。

上述步驟5中，自適應量子均勻交叉方法中的交叉概率為：

式中，P_c為交叉概率，分別為第t代蜂群的全局最優蜜源的適應度值和雇傭蜂的局部最優蜜源的適應度值，fit'為隨機抽出的進行交叉運算的蜜源適應度值，P_c1和P_c2為設定的交叉概率值。

上述步驟5中，自適應量子非門變異方法中的變異概率為：