[发明专利]一种基于差分进化机理的目标船舶方位估计方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，具体涉及一种基于差分进化机理的船舶定位方法。

背景技术

船舶是海上交通的一种重要载体，由于海洋环境的“复杂”和气候的“善变”，船舶的安全运行不可避免受到影响，甚至因船舶本身受到损伤而造成海损事故，一旦事故发生，航行船舶的方位信息将为安全保障部门做出准确的维护或搜救决策提供至关重要的科学支持；不仅如此，为了保证船舶安全航行，船舶方位更是海上智能交通自动定位识别和船舶避碰系统做出决策的重要依据。

信号处理领域中的波达方位(Direction of Arrival，DOA)估计(例如文献：张贤达.现代信号处理[M].北京:清华大学出版社,2002.)，是一种广泛应用于雷达、声纳、导弹制导和无线通信系统等方面的目标方位估计方法，其原理是通过对天线阵列接收的信号进行分析得到目标源的方位。现有的DOA估计方法主要可分为三类：多重信号分类(multiple signal classification，MUSIC)法(参见文献：Zhang X D.Modern Signal Processing[M].Beijing:Tsinghua University Press,2002.以及文献：Zhang Y.,Ng B.P.MUSIC-like DOA Estimation without Estimating the Number of Sources[J].IEEE Transcations on Signal Processing,2010,58(3):1668-1669.)、旋转不变技术(estimating signal parameter via rotational invariance techniques，ESPRIT)(参见文献：Jensen J.R.,Christensen M.G.,Jensen S.H.Nonlinear Least Squares Methods for Joint DOA and Pitch Estimation[J].IEEE Transactions on Audio,Speech,and Language Processing,2013,21(5):923-9333.以及文献：Stoica P.,Gershman A.B.Maximum-likelihood DOA Estimation by Data-supported Grid Search[J].IEEE Signal Processing Letters,2009,6(10):273-275.)和最大似然估计法。

其中，多重信号分类MUSIC方法对噪声具有很好的鲁棒性，但它需要接收信号的快拍数足够多，并且它的估计精度和待定位目标源之间的方位差互相制约。旋转不变技术ESPRIT能适用于方位差较大的情况下，但它不仅对噪声抑制能力差外，并且像MUSIC估计方法一样要求信号的快拍数足够多。最大似然估计法是一种具有优秀统计特性和鲁棒性的技术(参见文献：Volodymyr V.Improved Beamspace ESPRIT-based DOA Estimation via Pseudo-noise Resampling[C].EuMW&EuRAD 2012,Amsterdam,2012:238-241.)，理论上已经证明通过最大似然法可以得到最优的目标DOA方位；与子空间分解的MUSIC法和ESPRIT法比较，基于最大似然的DOA估计法的估计精度不仅不受快拍数的约束，并且在阈值区域内的渐近性相对较好。然而，由于似然函数是一个非线性的多模函数，要优化这个目标函数是一个很困难和复杂的问题。