模拟回火马尔可夫链蒙特卡罗全波形分析方法.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．16(2014)164205模拟回火马尔可夫链蒙特卡罗全波形分析方法术尹文也何伟基十顾国华陈钱(南京理工大学光电技术系，南京210094)(2014年1月28日收到；2014年3月26日收到修改稿)针对传统的全波形分析方法不能快速自动处理全波形数据的缺点，提出了一种模拟回火马尔可夫链蒙特卡罗全波形分析法，用于求解全波形数据中的波峰数和峰值位置等参量．该方法采用Metropolis更新策略求解波峰数量和噪声两个参量，以达到快速求解的目的；而峰值位置和波峰幅值则采用改进的

2、模拟回火策略求解，通过添加的主动干预回火步骤实现对参量更新过程的有效探测以满足对速度或运算收敛性的要求．模拟回火马尔可夫链蒙特卡罗全波形分析方法以马尔可夫算法为基础，仍保持马氏链的收敛性，从而保证本方法具有良好的鲁棒性，实现对全波形数据的自动化处理．关键词：全波形分析，模拟回火马尔可夫链蒙特卡罗方法，主动干预回火，Metropolis策略PACS：42．30．Sy,42．62．Eh，42．68．Wt，42．79．QxDOI：i0．7498／aps．63．164205不同的运算结果．为了提高算法稳定性，Biernacki1

3、引言等[0]提出了期望值多次最大化方法，统计各种初始化条件下的运算结果，这虽然能够得到一个相对稳激光雷达[1]自问世以来一直备受关注，但是传定的运算结果，但是牺牲了运算时间．Pernkopf和统的激光雷达通常只能记录激光光斑内的单个距Bouchafra[]提出了基于遗传算法的期望值最大化离特征，无法记录并处理光斑内多个距离特征目标方法解决了有关算法稳定性的问题，此方法具有的回波信息．采用具有完整记录接收信号功能的全良好的鲁棒性，但是仍需要预先了解光斑内的距波形激光雷达可保留光斑内所有回波信号以待后离特征数目．第三种是基于

4、马尔可夫链蒙特卡罗续处理，这可应对特性未知目标【01的回波信号，在(MCMC)算法【]的随机方法，全波形参量的求解军事和民用领域具有广阔的应用前景．为了提取过程就是马氏链的更新过程．理论上，进行足够多光斑内的所有距离信息，已发展了多种全波形分析的更新就一定能够达到所有马氏链的平稳f0】状态，方法．完成参量求解．2007年，Hern&ndez—Marin等_1o_目前，通过建模方式处理全波形数据的方在MCMC算法的基础上，提出了贝叶斯框架下可法主要有以下三种：第一种是基于Levenberg—逆跳跃MCMCfRJMCMC)算

5、法，实现了对特性未Marquardt算法[0】的非线性最小二乘法波形拟合知的目标信号进行自动化处理．通过延迟拒绝转方法．Clauve等[]根据不同特性目标f草地、建筑移的方式允许更新中的待求参量在不同尺度的预等1建立特定有效数据模型，实现了回波信号的分设分布之间跳跃，从而减小对先验分布的依赖，但解，但是并未找到一种适合任一目标的数据模型，是这种方式实际上扩大了探测空间，从而影响运算缺少通用性．第二种是基于期望值最大化算法的速度．最大似然估计方法[5]．该方法需要提前确定全波本文提出了模拟回火MCMCfSTMCMC)方形数

6、据中距离特征数目，同时不同的初始化会导致法，用于求解全波形参量．依据参量不同特性将全国家自然科学基金青年科学基金(批准号：61101196)、国家自然科学基金(批准号：61271332)和中国博士后科学基金(批准号2012M5210851资助的课题．十通讯作者．E—mail：njusthewei@163．corn◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietytp：／／wulixb．hy．ac．cn164205—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．16(2014)164205波形参量

7、分为两类，并分别采取不同的策略更新，f(t，，t0j)是一个分段指数模型【12]，能准确地描采用Metropolis更新策略求解波峰数量和噪声两述某一距离目标的回波信号．个参量，以达到快速求解的目的；而峰值位置和波所需要做的工作是利用全波形信号Y求解全峰幅值则采用改进的模拟回火(ST)策略求解．在波形参量t0，k，，(其中t0，是向量)，其过程ST策略【11]中，添加了主动回火步骤，允许局部近可以看作是利用后验抽样结果对先验信息进行估似解空间临时扩大，实现了待求参量的快速更新．计．这里后验抽样结果是全波形信号Y，而相对应

8、在更新过程中待解参量总体上逐渐逼近理想中的的待估计的先验信息是全波形参量．探测到的全波全局最优解，过程中不排除出现反复，因此，每次形数据Y可以看成是探测目标回波F的后验抽样．更新后的参量及未更新的参量均可认为构成一个Y{服从以F(ti)为参量的泊松分布，在探测过程中，全局近似解．没有先验条件的情况下，无法获知全各时间