[发明专利]一种量子大爆炸的单基地MIMO雷达测向方法

摘要

本发明提供了一种量子大爆炸的单基地MIMO雷达测向方法。(1)建立收发共置的窄带单基地MIMO雷达系统测向模型；(2)确定量子大爆炸算法中所有量子碎片，将量子碎片均匀分配到两个子集合；(3)计算每个量子碎片的适应度，确定第1个量子碎片集合的初始最优量子位置，第2个量子碎片集合的初始最优解量子质心和均匀解量子质心；(4)更新每个量子碎片的量子位置；(5)将每个量子碎片的量子位置映射到定义区间的位置，并计算适应度值；(6)更新全局最优量子位置；(7)输出全局最优量子位置，并将其映射为位置，位置对应所要估计的波达方向。本发明能够在冲击噪声等复杂环境下实现快速高精度的测向，测向性能优秀。

主权项

一种量子大爆炸的单基地MIMO雷达测向方法，其特征是包括如下步骤：步骤一，收发共置的窄带单基地MIMO雷达系统的发射天线为由M个全向阵元组成的均匀线阵，接收天线为由N个全向阵元组成的均匀线阵；假设发射端同时发射了M种载频和带宽都相同的正交波形，雷达回波通过各个接收通道的匹配滤波器组的处理，将M种波形分离开来，同时设有P个信号源位于相同的距离，且信源的距离大于发射和接收天线的孔径，经过匹配滤波器组的处理之后，在l个快拍第n个接收阵元的第m个匹配滤波器的输出为ynm(l)，n＝1,2,...,N,m＝1,2,...,M，则整个接收天线阵列收到的回波写成如下形式：y(l)＝A(θ)s(l)+n(l)，其中，y(l)＝[y1(l),y2(l),...,yNM(l)]T，A(θ)＝[a(θ1),a(θ2),...,a(θP)]为MN×P维的导向矩阵，为第p个导向矢量，是Kronecker积，ar(θp)为接收导向矢量，at(θp)为发射导向矢量，θp为第p个目标的波达方向，s(l)＝[s1(l),s2(l),...,sP(l)]T为接收信号经匹配滤波后输出的复幅度，n(l)为MN×1维的冲击噪声向量；接收的数据使用无穷范数归一化为max代表取最大值函数，多个快拍采样数据的协方差矩阵为E代表求数学期望的函数，上标H代表共轭转置，对协方差矩阵进行特征分解得到信号子空间和噪声子空间分别为Us和Un，Λs和Λn分别为大特征值组成的对角矩阵和小特征值组成的对角矩阵，则加权信号子空间拟合测向方程为是对函数取最大值时所对应的变量θ的取值，为最优估计值，PA(θ)＝A(θ)(AH(θ)A(θ))‑1AH(θ)为映射矩阵，θ＝[θ1,θ2,...,θP]是波达方向构成的方向矢量，W代表加权矩阵，trace[]表示矩阵的求迹运算；步骤二，产生量子大爆炸方法中所有初始量子碎片，由2H个量子碎片组成的量子解空间，2H个量子碎片均匀分配到两个子集合，每个量子碎片在P维搜索空间中运动，量子碎片的位置代表单基地MIMO雷达测向问题潜在的解，在第t次迭代，第k个量子碎片集合第i个量子碎片的量子位置定义如下:其中i＝1,2,...,H；k＝1,2；表示第i个量子碎片的量子位置的第p维量子位，p＝1,2,...,P；把第i个量子碎片的量子位置映射到定义区间，就是该量子碎片的位置映射关系为up和lp分别为第p维角度搜索区间的上限和下限值，第1个集合的第i个量子碎片对应的旋转步长为表示第i个量子碎片的第p维旋转步长，量子位置在定义的量子域[0,1]随机初始化，旋转步长在[‑0.2,0.2]随机初始化，初始时令t＝0；步骤三，计算每个量子碎片的适应度，确定第1个量子碎片集合的初始最优量子位置，第2个量子碎片集合的初始最优解量子质心和均匀解量子质心，第i个量子碎片位置的无穷范数加权信号子空间拟合测向方程的适应度值为第1个集合第i个量子碎片到现在为止所经历的最优量子位置定义为该量子碎片的局部最优量子位置，记作为第1个集合第i个量子碎片到第t次迭代为止所经历第p维最优量子位，所有量子碎片到现在所经历的最优量子位置记作全局最优量子位置，也就是适应度值最大的量子位置，记作为所有量子碎片到第t次迭代为止所经历的第p维最优量子位，选择2个量子碎片集合中的最优量子位置为最优解量子质心第2个量子碎片集合的均匀解量子质心为其中步骤四，更新每个量子碎片的量子位置，每个量子碎片集合根据不同规则进行更新，对于第1个量子碎片集合，第i个量子碎片的第p维旋转步长更新为权重wt随迭代次数增加而逐渐递减；r1和r2都是[0，1]之间的均匀随机数，c1和c2为加权常数；对于若超出边界值，将其限制在边界，第i个量子碎片的新量子位置为其中abs()代表取绝对值函数，对于第2个量子碎片集合，在实现大爆炸过程中，第i个量子碎片的第p维爆炸步长为ρ为收缩因子，为[‑1,1]之间的均匀随机数，产生[0,1]之间的均匀随机数γ，当γ≤0.5，第2个量子碎片集合的所有量子位置更新规则为其中为最优解量子质心的第p维；否则，第2个量子碎片集合的所有量子位置更新规则为其中，为均匀解量子质心的第p维；步骤五，将第k个量子碎片集合的第i个量子碎片的量子位置映射到定义区间的位置计算所有量子碎片的适应度值，适应度函数为步骤六，更新全局最优量子位置，更新第1个量子碎片集合中每个量子碎片的局部最优量子位置，更新第2个量子碎片集合的最优解量子质心和均匀解量子质心，为两个量子碎片集合中所有量子碎片至今为止所经历的全局最优量子位置，对于第1个量子碎片集合的第i个量子碎片，若则令是量子位置的映射位置；否则，第2个量子碎片集合的均匀解量子质心的各维更新为第2个量子碎片集合的最优解量子质心使用当前的全局最优量子位置替代；步骤七，判断是否达到最大迭代次数，若是，结束迭代，输出全局最优量子位置，并将其映射为位置，位置对应所要估计的波达方向；否则，令t＝t+1，返回步骤四。