[发明专利]一种基于混合粒子群算法的信号到达角度估计方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于混合粒子群算法的信号到达角度估计方法和装置，对构建的求解信号到达角度的目标函数通过改进的混合粒子群算法进行求解，得到待求解的信号源的方位角和俯仰角信息。目标函数根据五元阵的位置选择基线组合和到达角度的相关关系构建。本发明结合了粒子群算法计算简单的优点，同时采用混合策略，将模拟退火算法应用到粒子群算法中，应用模拟退火算法在搜索过程中的突跳能力，提高粒子的多样性，增强粒子的全局搜索能力，增加收敛速度与计算精度，快速准确的求解得到无源定位问题中目标信号到达角度的估计值。

技术领域

本发明涉及雷达数据处理技术领域，具体涉及一种基于混合粒子群算法的信号到达角度估计方法和装置。

背景技术

随着电子信息技术的发展和移动通信技术在各个领域的广泛应用，人们越来越关注基于先进通信技术的各种信息服务。而在移动和无线通信的军用和民事应用中，也通常需要测向技术和无线电定位，如移动通信中的智能天线技术需要得到连接到基站的终端的方位、地震探测中的震源定位、军事通信中的干扰源定位等，所涉及的技术需求往往要求系统简单实用、实时性、测量准确度高、抗干扰能力强。传统的GPS定位系统和雷达测向无法适应此类应用场合。在这种情况下，无源测向技术得到了迅速发展。

在民用方面，如在移动通信中，无源测向技术就是利用无线电信号来判定某一半径范围内无线电信号发射终端物理位置的一种方法。采用无源测向方法可以为移动通信网中的用户提供位置信息，给人们带来了极大的方便。移动通信网所提供的定位业务具有巨大的应用前景，第一，它可以为社区公共事业服务：如城市交通引导、急救业务、移动终端盗窃防范、车辆跟踪调度等。第二，它可以给汽车和移动通信等行业带来巨大的经济效益。同GPS定位相比，无线电定位对数量庞大的移动终端不需要做任何改变，只是在基站增加一定数量的设备就可为用户提供良好的服务。信号达到角度(DOA)估计技术在无线通信系统中起着相当重要的作用，因为它是移动通信技术的关键技术之一。

在军事上，无源测向技术是一种相当重要的侦察手段，它的目的是了解敌方指挥中心、部队的调动和配置等。交战双方改进测向设备，特别是机载设备，很大地加速了无线电测向技术的发展。正是由于军事上的需求，使测向技术和测向设备等得到了很好的发展。在和平建设时期，无源测向技术应用也相当广泛，它被用于天文、交通、气象、救灾、环保中；用于监测陆上和海上动物的行踪，以便对珍稀动物进行保护；用于检查高压配电系统中瓷瓶漏电。在我国发射的“神州7号”载人航天飞船返回舱坠地后，它不断的发射着无线电信号，航天科研人员也需要利用测向定位技术将它找到。

现代信息技术的迅猛发展要求智能天线算法在更短的时间里完成更有效的计算，而上述传统的信号到达角度(DOA)估计算法由于计算量大，不易实时实现，而且对实际的应用环境适应差，因而这些在理论上很好的算法大多滞留实验仿真上，在实际工程中得到应用受到极大的限制。

干涉仪测向技术自出现以来，因其测向灵敏度高、准确度高、速度快的特点在电磁环境监测、电子对抗、雷达、声纳、导航等领域得到了广泛应用。随着数字信号处理器的出现，通过数字信号处理器来实现高精度实时测向成为可能。目前，对于五元阵，常用的定位参数估计方法主要有三类：常规方法、FFT干涉仪法、相关干涉法。常规方法需要根据阵元基线的排布，计算出最大不模糊相位差，然后对各条基线的相位差进行逐一验证，筛选不模糊方位，该方法计算过程繁琐，时间较长，且精度也不高，且只能计算方位角度，对于俯仰角的计算则无能为力；FFT干涉仪法采用空间FFT的算法、计算出信号的空间谱，该方法通过搜索空间谱的对应角度最大值，得到目标信号源到达角度，该方法计算量也较大，同时该方法也只能计算一维角度，不能同时计算方位与俯仰角；相关干涉法通过系统标定，建立方位角与各基线相位差的关系数据库，通过比较实测数据与数据库数据的相关性来确定角度的真实值。这种方法速度最快，同时能给出测向效果的评估，但前期测试工作时间较长，误差也较大，而且存在相位模糊的问题。