粒子群算法在单矢量水听器方位估计中的应用.pdf

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1、第34卷第11期2012年11月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．34，No．11Nov．，2012粒子群算法在单矢量水听器方位估计中的应用李利，龙军，夏春艳，刘文帅(大连测控技术研究所，辽宁大连116013)摘要：粒子群优化算法是一种新颖的进化算法，它基于群体迭代。群体中的粒子在解空间中追随适应度最优的粒子，调整速度与位置并搜索最优解。根据MUSIC算法的定向原理，建立适应度函数，利用粒子群算法对单矢量水听器方位估计算法进行优化。结果表明，优化后可以提高低信噪比时方位估计的精度，并实现对目标的三维定位，同时还可以避免因成阵所带来的使用限制。关键词：粒子群算法

2、；矢量水听器；MUSIC算法；方位估计中图分类号：TB566文献标识码：A文章编号：1672—7649(2012)1l一0112—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2012．11．025StudyonparticleswarmoptimizationusedinestimationoftargetbearingwithonevectorhydrophoneLILi，LONGJun，XIAChun-yan，LIUWen-shuai(DalianScientificTestandControlTechnologyInstitute，Dalian16013，China)A

3、bstract：Particleswarmoptimization(PSO)algorithmisanewevolutionaryoptimizationbasedonswarmiteration．Groupsofparticlesfollowfitnessoptimumparticleinthesolutionspace，adjustingpositionandvelocityandsearchforthemostoptimalsolution．AccordingtoMUSICalgorithmorientedprinciple，establishfitnessfunction，andusi

4、ngPSOtooptimizethemethodforestimatingthetargetbearingbyasinglevectorhydrophone．Theresultsshowthat，afteroptimization，itcanimprovethelowsignaltonoiseratioestimationandachievethegoalofpositioning，atthesametime，canalsoavoidthearraybroughtaboutbytheuseofconstraints．Keywords：particleswarmoptimization；vect

5、orhydrophone；MUSIC；estimationoftargetbearingO引言在水声信号处理中，为了确定声波的到达方向，通常需要利用多个声压传感器在空间构成阵列，对声场进行空间采样，并通过阵列信号处理的方法获得方位估计。传统的目标方位估计方法有很多，如波束域的常规波束形成算法、自适应波束形成算法、对宽带信号的恒定带宽波束形成算法、ESPRIT算法及MUSIC算法等。但这些算法都是基于声压信息，矢量水听器的出现，扩展了这些算法的使用范围，如应用于矢量水听器阵列信号处理中。由于矢量水听器可以同时获得声场中的声压和质点振速信息，所以利用单个矢量水听器就可以实现目标的方位估计，而不需要

6、多个水听器来成阵，从而避免了因成阵所带来的阵列校准等问题。本文主要研究利用单矢量水听器实现目标方位估计。众多方位估计算法中，MUSIC算法的基本思想是将任意阵列输出数据的协方差矩阵进行特征分解，从而得到与信号分量相对应的信号子空间和与信号分量相正交的噪声子空间，然后利用这2个子空间的正交性来估计信号的入射方向。针对MUSIC算法的定向原理，可以把粒子群优化算法引入到单收稿日期：2012—03—05；修回日期：2012—03—28作者简介：李利(1985一)，女，硕士，助理工程师，主要从事舰船噪声测量与分析工作。第11期李利，等：粒子群算法在单矢量水听器方位估计中的应用．113．矢量水听器的方位

7、估计中，以进一步提高估计精度。应用粒子群算法优化后能同时获得目标的水平角与俯仰角，即可实现对目标的三维定位，同时还避免了因成阵所带来的使用限制与成本，易于工程实现。1单矢量水听器MUSIC算法多重信号分类(MUSIC)算法是SchmidtRO等在1979年提出的⋯，本文主要讨论单矢量水听器的MUSIC算法。首先，对于肘个阵元组成的接收阵列，当有Ⅳ个远场的窄带信号入射时，t时刻阵M个阵元输出的矢量形