吉林大学学报(工学版) ›› 2013, Vol. 43 ›› Issue (04): 1104-1109.doi: 10.7964/jdxbgxb201304041

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基于人工蜂群算法的波达方向和多普勒频率联合估计

张志成1,2, 林君2, 石要武1, 孙晓东1   

  1. 1. 吉林大学 通信工程学院,长春 130012;
    2. 吉林大学 仪器科学与电气工程学院,长春 130061
  • 收稿日期:2012-11-30 出版日期:2013-07-01 发布日期:2013-07-01
  • 作者简介:张志成(1981-),男,讲师,博士后.研究方向:阵列信号处理.E-mail:zhang_zc@jlu.edu.cn
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(51075175);吉林省产业技术研究与开发项目(JF2012C013-3).

Joint direction-of-arrival and Doppler frequency estimation based on artificial bee colony algorithm

ZHANG Zhi-cheng1,2, LIN Jun2, SHI Yao-wu1, SUN Xiao-dong1   

  1. 1. College of Communication Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China;
    2. College of Instrumentation and Electrical Engineering, Jilin University, Changchun 130061, China
  • Received:2012-11-30 Online:2013-07-01 Published:2013-07-01

摘要:

将人工蜂群算法应用于似然函数的优化,实现了阵列信号波达方向(DOA)和多普勒频率的联合估计。利用状态空间模型构造包含DOA和多普勒频率信息的广义可观测矩阵,并构造包含该广义可观测矩阵的似然函数,将参数估计问题转化为多维非线性函数优化问题。进而利用人工蜂群算法对似然函数的求解过程进行优化,得到DOA和多普勒频率的估计值。算法保留了最大似然估计的渐近无偏估计性能,降低了似然函数求解的计算量,且参数能够自动配对。

关键词: 信息处理技术, 波达方向, 多普勒频率, 最大似然方法, 人工蜂群算法

Abstract:

To achieve the joint estimation of Direction-of-Arrival (DOA) and Doppler frequency in array signal processing, the artificial bee colony theory and algorithm are applied to optimize the likelihood function. First, the extended observability matrix containing the angle-frequency parameters is established using state-space model. Then, the likelihood function containing the extended observability matrix is used to convert the problem from parameter estimation to nonlinear multidimensional function optimization. Finally, artificial bee colony algorithm is applied to optimize the process of finding the solutions of the maximum likelihood estimator in order to estimate the DOA and Doppler frequency. The proposed method reserves the asymptotic unbiased estimation of the maximum likelihood estimator and reduces the computational burden to calculate the solution of the likelihood function. Besides, the estimated parameters can be paired automatically.

Key words: information processing, direction-of-arrival(DOA), Doppler frequency, maximum likelihood method, artificial bee colony algorithm

中图分类号: 

  • TN911.23

[1] Haardt M, Nossek J A. 3-D unitary ESPRIT for joint 2-D angle and carrier estimation//IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, Munich, 1997.

[2] Lemma A N, van der Veen A J, Deprettere E F. Joint angle-frequency estimation using multi-resolution ESPRIT//IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, Seattle, 1998.

[3] Viberg M,Stoica P. A computationally efficient method for joint direction finding and frequency estimation in colored noise//The Thirty-Second Asilomar Conference on Signal, Systems and Computers, Pacific Grove,1998.

[4] Lemma A N, van der Veen A J, Deprettere E F. Analysis of ESPRIT based joint angle-frequency estimation//IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, Istanbul,2000.

[5] Lemma A N, van der Veen A J , Deprettere E F. Analysis of joint angle-frequency estimation using ESPRIT[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2003, 51(5): 1264-1283.

[6] Lin Jen-der, Fang Wen-hsien, Wang Yung-yi, et al. FSF MUSIC for joint DOA and frequency estimation and its performance analysis[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2006, 54(12): 4529-4542.

[7] Atheley F. Asymptotically decoupled angle-frequency estimation with sensor arrays//The Thirty-third Asilomar Conference on Signal, Systems and Computers, Pacific Grove,1999.

[8] 王惠刚,刘强. 多普勒方位联合估计的蒙特卡洛算法[J]. 电子学报, 2009, 37(9): 1965-1970. Wang Hui-gang, Liu Qiang. A Monte Carlo method for joint estimation of Dopplers and DOAs[J]. Acta Electronica Sinica, 2009, 37(9): 1965-1970.

[9] Wang Hui-gang, Steven Key. Maximum likelihood angle-Doppler estimator using importance sampling[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronics Systems, 2010, 46(2): 610-622.

[10] Karaboga D, Basturk B. A powerful and efficient algorithm for numerical function optimization: artificial bee colony (ABC) algorithm[J]. Journal of Global Optimization, 2007, 39(3): 459-471.

[11] Karaboga D, Basturk B. On the performance of artificial bee colony (ABC) algorithm[J]. Applied Soft Computing, 2008, 8(1): 687-697.

[1] 苏寒松,代志涛,刘高华,张倩芳. 结合吸收Markov链和流行排序的显著性区域检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1887-1894.
[2] 徐岩,孙美双. 基于卷积神经网络的水下图像增强方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1895-1903.
[3] 黄勇,杨德运,乔赛,慕振国. 高分辨合成孔径雷达图像的耦合传统恒虚警目标检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1904-1909.
[4] 李居朋,张祖成,李墨羽,缪德芳. 基于Kalman滤波的电容屏触控轨迹平滑算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1910-1916.
[5] 应欢,刘松华,唐博文,韩丽芳,周亮. 基于自适应释放策略的低开销确定性重放方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1917-1924.
[6] 陆智俊,钟超,吴敬玉. 星载合成孔径雷达图像小特征的准确分割方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1925-1930.
[7] 刘仲民,王阳,李战明,胡文瑾. 基于简单线性迭代聚类和快速最近邻区域合并的图像分割算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1931-1937.
[8] 单泽彪,刘小松,史红伟,王春阳,石要武. 动态压缩感知波达方向跟踪算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1938-1944.
[9] 姚海洋, 王海燕, 张之琛, 申晓红. 双Duffing振子逆向联合信号检测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1282-1290.
[10] 全薇, 郝晓明, 孙雅东, 柏葆华, 王禹亭. 基于实际眼结构的个性化投影式头盔物镜研制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1291-1297.
[11] 陈绵书, 苏越, 桑爱军, 李培鹏. 基于空间矢量模型的图像分类方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 943-951.
[12] 陈涛, 崔岳寒, 郭立民. 适用于单快拍的多重信号分类改进算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 952-956.
[13] 孟广伟, 李荣佳, 王欣, 周立明, 顾帅. 压电双材料界面裂纹的强度因子分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 500-506.
[14] 林金花, 王延杰, 孙宏海. 改进的自适应特征细分方法及其对Catmull-Clark曲面的实时绘制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 625-632.
[15] 王柯, 刘富, 康冰, 霍彤彤, 周求湛. 基于沙蝎定位猎物的仿生震源定位方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 633-639.
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[1] 刘松山, 王庆年, 王伟华, 林鑫. 惯性质量对馈能悬架阻尼特性和幅频特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 557 -563 .
[2] 初亮, 王彦波, 祁富伟, 张永生. 用于制动压力精确控制的进液阀控制方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 564 -570 .
[3] 李静, 王子涵, 余春贤, 韩佐悦, 孙博华. 硬件在环试验台整车状态跟随控制系统设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 577 -583 .
[4] 胡兴军, 李腾飞, 王靖宇, 杨博, 郭鹏, 廖磊. 尾板对重型载货汽车尾部流场的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 595 -601 .
[5] 王同建, 陈晋市, 赵锋, 赵庆波, 刘昕晖, 袁华山. 全液压转向系统机液联合仿真及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 607 -612 .
[6] 张春勤, 姜桂艳, 吴正言. 机动车出行者出发时间选择的影响因素[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 626 -632 .
[7] 马万经, 谢涵洲. 双停车线进口道主、预信号配时协调控制模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 633 -639 .
[8] 于德新, 仝倩, 杨兆升, 高鹏. 重大灾害条件下应急交通疏散时间预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 654 -658 .
[9] 肖赟, 雷俊卿, 张坤, 李忠三. 多级变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁刚度退化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 665 -670 .
[10] 肖锐, 邓宗才, 兰明章, 申臣良. 不掺硅粉的活性粉末混凝土配合比试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 671 -676 .