[发明专利]基于量子粒子群的信号子空间波达方向检测方法及系统

权利要求书

1.基于量子粒子群的信号子空间波达方向检测方法，其特征在于，包括：

步骤1，针对待检测的目标空间部署信号接收传感器阵列；传感器阵列中每两个相邻传感器之间的间距相同；

步骤2，按预设采样时刻通过所述信号接收传感器阵列对目标空间的信号源进行信号数据接收，接收到的所有信号形成信号数据矩阵；

步骤3，对信号数据矩阵进行特征值分解，得到噪声子空间U_N；

步骤4，在目标空间中随机选取P个方向角，建立一个随机信号子空间P为目标空间中信号源的数量，P≥1，表示目标空间中随机选取的第p个方向角；

式中，为随机方向角和阵列参数构成的阵列流型矩阵；表示以传感器阵列中第一个传感器为参考，随机方向角为的信号源辐射到其他各传感器相对参考传感器的波程差形成的相位差组成的向量；表示随机选取的P个方向角组成的向量；H表示对矩阵进行共轭转置；M表示传感器阵列中传感器的数量，M≥P+1；d表示相邻传感器之间的间距；[]^T表示转置操作；λ表示信号源的波长；

步骤5，基于随机信号子空间和噪声子空间U_N之间的正交特性，构造构建代价函数

式中，||||₂表示2范数；

步骤6，采用量子粒子群算法对进行求解，得到目标信号空间的各信号源的波达方向角。

2.如权利要求1所述的基于量子粒子群的信号子空间波达方向检测方法，其特征在于，所述噪声子空间U_N的计算过程为：对阵列接收数据矩阵的协方差矩阵R进行特征值分解，

R＝AR_sA^H+R_N (6)

A＝[a(θ₁),a(θ₂),…,a(θ_p),…,a(θ_P)] (2)

式中，H表示对矩阵进行共轭转置；A表示目标信号源对应的阵列流型矩阵；a(θ_p)表示以第一个传感器为参考，第p个信号源辐射到其他各个传感器相对参考传感器的波程差形成的相位差组成的向量；θ_p表示第p个信号源的方向角；λ表示信号源的波长；j表示复数单位；R_s表示信号源的自相关矩阵，R_N噪声的自相关矩阵；

得到多个特征值，对这些特征值排序：η₁≥…≥η_Pη_P+1＝…＝η_M，其中η_P+1、η_P+2、η_P+3、…、η_M对应的特征向量张成噪声子空间U_N。

3.基于量子粒子群的信号子空间波达方向检测系统，其特征在于，包括目标空间信号接收模块和数据处理模块；

所述目标空间信号接收模块用于对目标空间的信号源进行信号数据接收；所述目标空间信号接收模块为传感器阵列，且传感器阵列中每两个相邻传感器之间的间距相同；

所述数据处理模块用于对接收到的信号数据矩阵进行处理，具体包括：

噪声子空间估计模块，用于对信号数据矩阵进行特征值分解以获得噪声子空间；

随机信号子空间构建模块，用于在目标空间中随机选取P个方向角建立一个随机信号子空间，P为目标空间中信号源的数量；

代价函数构建模块，用于根据随机信号子空间和噪声子空间之间的正交特性来构建代价函数；

波达方向求解模块，用于采用量子粒子群算法对构建代价函数进行求解，得到目标信号空间的各信号源的波达方向角。

4.如权利要求3所述的基于量子粒子群的信号子空间波达方向检测系统，其特征在于，所述噪声子空间估计模块包括：

特征值分解模块，用于对信号数据矩阵的协方差矩阵进行特征值分解；

特征值选择模块，用于将数值较小的M个特征值对应的特征向量张成噪声子空间。