[发明专利]一种基于改进人工蜂群算法的盲源分离方法

摘要

本发明公开了一种基于改进人工蜂群算法的盲源分离方法，包括如下步骤源信号S(k)＝[s1(k),s2(k),…,sM(k)]T经过非奇异混合矩阵A得到观测信号X(k)＝[x1(k),x2(k),…,xM(k)]T；将得到的观测信号X(k)送入预处理滤波器得其输出信号Z(k)；将得到的预处理滤波器的输出信号Z(k)送至分离矩阵W(k)，得到分离信号Y(k)；通过改进人工群算法获得W(k)的初始优化分离矩阵Wopt(0)；获得W(k)的初始优化分离矩阵Wopt(0)后，对W(k)进行更新。本发明方法采用改进的人工蜂群算法IABC对基于自然梯度的盲源分离方法NGA进行优化，获得初始优化分离矩阵，再由初始优化分离矩阵进行信号分离。本发明方法具有收敛速度快、串音误差小的性能；在无线通信、图像处理、语音信号处理等方面均有广泛的应用前景。

主权项

一种基于改进人工蜂群算法的盲源分离方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、源信号S(k)＝[s1(k),s2(k),…,sM(k)]T经过非奇异混合矩阵A得到观测信号X(k)＝[x1(k),x2(k),…,xM(k)]T：X(k)＝AS(k)；其中sM(k)是源信号S(k)的第M个分量，xM(k)是观测信号X(k)的第M个分量，k为时间序列，上标T表示共轭转置，M为正整数，A是M×M维矩阵；步骤二、将步骤一得到的观测信号X(k)送入预处理滤波器得其输出信号Z(k)；具体为：先对观测信号X(k)进行中心化预处理，即其中E表示数学期望，再对中心化预处理结果进行白化处理得到预处理滤波器的输出信号Z(k)：Z(k)＝VX(k)，其中V为白化矩阵；步骤三、将步骤二得到的预处理滤波器的输出信号Z(k)送至分离矩阵W(k)，得到分离信号Y(k)：Y(k)＝W(k)X(k)；其中Y(k)是M×1维向量，为源信号S(k)的一个估计，其分量相互独立，分离矩阵W(k)是M×M维的；步骤四、通过改进人工蜂群算法获得W(k)的初始优化分离矩阵Wopt(0)；具体如下：(401)人工蜂群初始化：随机产生2N个位置，取其中的N个作为蜜源位置，N为正整数；第i个蜜源的位置向量Θi对应于一个初始分离矩阵W(0)，i＝1,2,…,N，位置向量Θi为D维的，且D＝M(M‑1)/2；最大循环次数为itermax，itermax为大于等于零的整数；(402)用第i个蜜源的位置向量Θi表示初始分离矩阵W(0)，再由初始分离矩阵W(0)得到初始分离信号(403)获得初始分离信号的峰度与蜜源花蜜量；信号的峰度定义为J(Y~(k))=Σi=1N|E(Y~i4(k))-3E2(Y~i2(k))|;]]>式中，为信号的第i个分量，信号的峰度是求解初始优化分离矩阵Wopt(0)的目标函数；将信号的峰度定义为第i个蜜源花蜜量函数，即F(Θi)=J(Y~(k));]]>式中，Θi对应于分离矩阵W(k)的一个初始分离矩阵W(0)；(404)引领蜂搜索蜜源并计算花蜜量：引领蜂根据记忆中邻域蜜源区内选择一个新的蜜源位置，即Θij=θiji=kΘij=θij+φij(θij-θkj)i≠k;]]>式中，i∈{1,2,…,N},j∈{1,2,…,D}，Θij为第i个新蜜源第j维位置，θij表示第i个原蜜源第j维位置，θkj表示第k个蜜源第j维位置；φij为第i个原蜜源第j维位置产生的随机数，取值范围为[‑1，1]；引领蜂搜索到新蜜源后，按步骤(403)中所述蜜源花蜜量函数来计算新蜜源花蜜量，引领蜂采用贪婪选择机制来确定原蜜源的取舍，如果新蜜源的花蜜量高于或等于原蜜源的花蜜量，引领蜂就接受新蜜源而放弃原蜜源，否则，引领蜂仍保持对原蜜源花蜜的采集；(405)跟随蜂选择蜜源：当所有引领蜂完成搜索过程后，跟随蜂依据引领蜂提供的蜜源花蜜量以轮盘赌方式选择蜜源，蜜源被选择的概率计算公式为P(Θi)=F(Θi)Σi=1NF(Θi);]]>跟随蜂选择概率最大的蜜源作为第i个新蜜源，则该蜜源第j维位置Θij按跟随蜂自己的位置更新公式进行更新；所述跟随蜂自己的位置更新公式为：Θij＝η·θij+κ·φij·(θij‑θkj)；式中，η表示动态遗忘因子，κ是动态邻域因子；动态遗忘因子为η＝γ[ω2‑(2/(1+exp(‑α(iter/itermax))^β)‑0.77)(ω2‑ω1)]；式中，γ是一个常数，ω1、ω2、α、β为常数；iter为循环次数，itermax为最大循环次数；exp表示以e为底的指数函数；动态邻域因子为κ＝γ[ω3+(2/(1+exp(‑α(iter/itermax))^β)‑1.2)(ω4‑ω3)]；式中，γ是一个常数，ω3和ω4为常数；当蜜源花蜜量高于邻域蜜源花蜜量时，γ＜1；反之，γ＞1；(406)侦察蜂侦察阶段：若侦察蜂在侦察阶段搜索到的第i个蜜源花蜜量不变，则相应的引领蜂变成侦察蜂，进入侦察蜂阶段，并随机产生第i个新蜜源代替被放弃的第i个原蜜源，随机产生的第i个新蜜源第j维位置按下列公式计算，即Θij＝θijmin+rand(0,1)(θijmax‑θijmin)；式中，rand(0,1)为(0,1)之间均匀分布的随机数，θijmax与θijmin分别为θij的取值范围上、下限；(407)当(403)‑(406)的循环过程达到了最大循环次数itermax时，则记录此时花蜜量最高的蜜源位置向量，输出花蜜量最高的蜜源位置向量Θ，以获得初始分离矩阵W(0)的初始优化分离矩阵Wopt(0)；否则，转到(403)；步骤五、在(407)中获得W(k)的初始优化分离矩阵Wopt(0)后，对W(k)进行更新。