[发明专利]一种时频DOA估计方法

说明书

本发明公开一种时频DOA估计方法，包括：建立阵列接收的时域数据模型；对时域数据进行快拍采样；对快拍采样数据进行时频分析得到PWVD矩阵；计算时频平均的快拍采样数据PWVD矩阵；构造极大似然方程；初始化量子地雷量子位置；由极大似然方程构造适应度函数；模拟量子地雷爆炸过程获得量子弹片的量子位置；计算量子弹片量子位置映射态的适应度函数值，选择适应度大的优秀量子位置作为放置量子地雷的量子位置，用于引爆下一代的量子地雷，根据所有量子位置的适应度更新全局最优量子位置；达到最大迭代次数后，输出信号方位角最优估计值，本发明能在较短时间内得到较准确的非平稳信号DOA估计结果，并且在信号源为相干源的条件下仍有效。

技术领域

本发明涉及一种时频DOA估计方法，特别是一种基于量子地雷爆炸机理的时频DOA估计方法，属于阵列信号处理领域。

背景技术

波达方向(DOA)估计是阵列信号处理中的一个重要研究方向，在雷达、声呐、无线电天文学等领域中有广泛的应用。当前，绝大多数DoA估计方法都是针对平稳信号进行估计的，由于传统的平稳信号DOA估计方法局限于空域处理，对于非平稳信号的DOA估计则性能恶化严重，甚至失效，所以需设计专门针对非平稳信号的DOA估计方法。

对于非平稳信号的分析，分数阶傅里叶变换，循环谱估计，小波变换，时频分析等都是行之有效的方法，其中，时频分析方法的基本思想是通过设计时间和频率的联合函数，同时描述信号在时频域上不同时间及频率处的能量密度，这种方法实现简单，且具有优良的时频聚集性，将时频分析方法与阵列信号处理结合的进行时频DOA估计，是一种解决非平稳信号DoA估计问题的有效方法。

如何快速高精度获得时频DOA估计结果是一个经典的工程难题，在众多时频DOA估计方法中，使用极大似然原理的时频DOA估计是一种性能优良的方法，且可以对相干源进行有效估计，因此，尽管时频极大似然DOA估计的实现过程较为复杂，但是这种方法仍有广阔的应用前景。

为了降低时频极大似然DOA估计的复杂度，需要进行新方法的设计进而有效求解。当前，许多智能计算方法被应用于求解复杂的优化问题，其中地雷爆炸搜索是一种启发式智能计算方法，受现实世界中地雷爆炸产生弹片，引爆其他潜在地雷的现象启发，具有新颖、有效的特点，但易陷入局部收敛，因此需要改进地雷爆炸方法使其具有收敛速度快、搜索精度高的优点。

通过对现有技术文献的检索发现，Yimin Zhang等在《Journal of the FranklinInstitute》(337(2000)483-497)上发表的“Time-frequency maximum likelihoodmethods for direction finding”中提出了一种时频极大似然DOA估计方法，可以解相干且不需要进行使阵列孔径损失的预处理，但没有解决极大似然估计实现过程复杂的难题。Siyu Chen等在《IEEE International Symposium on Microwave》(10.1109/MAPE.2015.7510425)上发表的“Direction of Arrival Estimation of NonstationarySignal Based on Time-frequency Music”中提出了一种时频MUSIC估计方法，此方法若使用较小的计算量，则需大的扫描间隔，不能保证对非平稳信号的精确估计，且不能对相干源进行有效估计。已有文献检索结果表明，对于非平稳信号的DOA估计问题，缺少一种能在较短时间内得到较准确的估计结果，并且在信号源为相干源的条件下仍有效的时频DOA估计方法。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种能够对非平稳信号进行快速、稳健的DOA估计且可以对多个相干的非平稳信号进行DOA估计的时频DOA估计方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种时频DOA估计方法，包括以下步骤：

步骤一：建立阵列接收的时域数据模型：