[發明專利]小生境遺傳算法的單矢量水聽器相干源快速方位估計方法

有效

• 申請號: 201810308673.1
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108845287B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 李秀坤;王集;徐天楊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種小生境遺傳算法的單矢量水聽器相干源快速方位估計方法，利用小生境遺傳算法對求解過程進行優化，能夠快速地求得全局最優解，利用方位的時間?歷程圖對估計質量作出定性和定量的評價，既能夠直觀地根據時間?歷程圖波動情況對計算結果的質量，即計算結果的置信度，作出定性的評價，也可以利用時間?歷程圖的數字特征在數值上的大小對計算結果的置信度作出定量的評價；矢量z的引入給出了多變量小生境遺傳算法的設計方案，在不增加算法復雜度的情況下將單變量小生境遺傳算法拓展至多變量的情形。

技術領域

本發明涉及一種單矢量水聽器相干源快速方位估計方法，特別是一種小生境遺傳算法的單矢量水聽器相干源快速方位估計方法，屬于矢量水聽器方位估計領域。

背景技術

相比于傳統水聽器只能測量聲壓的特點，矢量水聽器可以同時測量聲場中的聲壓和振速信息，能夠獲取更多的聲場信息，因而在當前的水聲領域中獲得了廣泛的關注。水下目標方位估計必須采用聲壓水聽器陣列才能完成，而且對于常用的線列陣而言，目標方位還會存在左右舷模糊問題。相比之下，單只矢量水聽器就可以完成目標的方位估計，且不存在左右舷模糊問題，極大地節約了資源。

單矢量水聽器方位估計一般通過空間譜估計技術實現。而在空間譜研究中，相干信號源的估計問題始終是關注的熱點和難點。這是因為，對單只矢量水聽器而言，當信號源完全相干時，會導致兩個方向矢量共線，進而使得接收信號的協方差矩陣不滿秩。在常規MUSIC算法中，不滿秩的協方差矩陣將使得噪聲子空間與信號子空間不完全正交，不滿足MUSIC算法的假設，從而導致算法失效，不能正確估計兩個相干源的方位。

解決MUSIC算法失效的方法之一是，利用相干源之間存在的幅度差異，使接收信號協方差矩陣的秩得到有效恢復。具體做法是，設定變量表示相干信源的幅度比，利用系數構造相干信號的加權矩陣作變換X₁(t)＝TX(t)。將接收信號X(t)分為兩個子信號X₁(t)與X₂(t)。然后，計算子新號的MUSIC譜為：

其中，或是第i個水聲信號源在單只矢量水聽器上的方向矢量，i≤2，和為搜索角度，是搜索到兩個相干信號的幅度比，是對原始接收數據協方差矩陣進行特征分解得到的噪聲子空間基向量組成的矩陣。

當與分別等于真實目標的方位和幅度比k₀時，上式MUSIC譜將取得全局最大值。所以，通過對最大值的考察，即可得到相干源的方位θ₁，θ₂和幅度比k₀。

上述公式通過引入3個變量(目標的幅度比因子和目標方位)有效地解決了單矢量水聽器進行兩個完全相干源的方位估計問題。但是，在求解過程中，由于兩個源信號之間的幅度比因子k₀未知，所以只能通過對進行遍歷搜索完成目標函數全局最大值的求解。遍歷過程會極大地提高計算量，大大降低算法性能。

發明內容

針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是提供一種能夠快速求解的小生境遺傳算法的單矢量水聽器相干源快速方位估計方法，以及利用時間-歷程圖對估計結果進行評價的方法，同時，也指出了利用時間-歷程圖提高估計結果可靠性的一種方法。

未解決上述技術問題，本發明一種小生境遺傳算法的單矢量水聽器相干源快速方位估計方法，包含以下步驟：

步驟1：對原目標函數進行重新表示,記則表示為z的函數重新構造目標函數g(z),g(z)滿足:

g(z)＝max f(z) (2)

其中,和為搜索角度，是搜索到兩個相干信號的幅度比；

步驟2：設置進化代數計數器s為1，隨機選取M個初始點組成初始點集W(t)；