基于蚁群优化的非均匀阵元噪声条件下近场声源定位方法

摘要

本发明涉及一种基于蚁群优化的非均匀阵元噪声条件下近场声源定位方法，属于阵列信号处理技术领域。本发明首先基于平面阵建立了近场声源信号模型，进而建立了空间非均匀噪声条件下待估声源方位和距离信息的最大似然估计问题，最后使用连续空间蚁群优化方法估计出声源参数，从而完成了空间非均匀噪声条件下对近场声源的定位。本发明方法估计精度较高，在低信噪比下声源方位和距离均方误差都小于常规最大似然方法，并且在高信噪比条件下声源方位和距离的均方误差都逼近克拉美-罗界，远优于常规最大似然方法。

主权项

1.基于蚁群优化的非均匀阵元噪声条件下近场声源定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、建立近场声源阵列输出模型近场条件下到达阵列的信号波为球面波，设此时声源的位置坐标为，个阵元的位置矢量为()，于是，将声源到阵列的导向矢量表示为，式中表示信号载频，当存在个近场声源时，阵列输出表示为，式中，为阵列次采样的输出，为阵列流型，为个未知确定性声源次输出，为空域非相关复高斯白噪声，其协方差阵为；步骤二、建立待估参数的最大似然估计问题定义待估计参数矢量为，式中，，为由的对角元素构成的矢量，则的对数似然函数为，式中，则的最大似然估计简化为，声源参数，的最大似然估计为，参数，的最大似然估计为；步骤三、蚁群优化求解待估参数①、在维的搜索空间中随机生成个蚂蚁，其中，设第个蚂蚁为，式中，代表第个粒子在第维上的位置；②、定义目标函数为，并使用初始的个蚂蚁来构造档案表，各个蚂蚁按照降序排列；所述档案表为；③、对每个蚂蚁分步来分别产生一个蚂蚁的各个分量，在第步以概率选取一维高斯函数并对其进行一次采样，其中，，式中，，第个一维高斯函数为，它的均值和方差分别定义为，，式中；④、计算新产生蚂蚁的目标函数值，如果它们中有一部分蚂蚁的目标函数值大于档案表中最下方的几个蚂蚁的目标函数值，则用这些新蚂蚁替换掉目标函数值小的旧解，并将档案表重新排序；⑤、记录下每次档案表更新后的第一行的蚂蚁，如果档案表更新若干次后，最后连续若干个档案表的第一行的蚂蚁的标准差小于某个预先给定的向量，则得到了一个最优解，这些档案表的第一行的蚂蚁的均值的各个分量即为所求的估计值，否则转向步骤③；⑥、根据所求得的和假设的的初值计算得到的最小二乘估计，再利用、修正，重复计算直至收敛。