兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (5): 1521-1528.doi: 10.12382/bgxb.2022.0025
单泽彪1,2,3, 常立民1, 刘小松1,*(), 王宇祥1
收稿日期:
2022-01-08
上线日期:
2022-07-10
通讯作者:
基金资助:
SHAN Zebiao1,2,3, CHANG Limin1, LIU Xiaosong1,*(), WANG Yuxiang1
Received:
2022-01-08
Online:
2022-07-10
摘要:
针对现有基于压缩感知的DOA估计算法收敛速度慢、精度不高等问题,提出一种基于自然对数复合函数近似l0范数的DOA估计算法。新算法采用一种自然对数复合函数来近似l0范数,将求解l0范数问题转化为近似l0范数的最优化问题。采用牛顿迭代法获得自然对数复合函数(即近似l0范数)的迭代表达式,通过内外双层循环的方法获得牛顿迭代的最优解,即通过外层循环控制函数逼近因子σ的大小,内层循环采用最陡梯度法对牛顿迭代表达式进行求解,经有限次迭代即可获得近似l0范数的最优解,进而得到DOA的估计值。通过仿真实验验证新算法的有效性,结果表明新算法在单快拍条件下即可实现DOA有效估计,且与平滑l0范数算法及其改进算法相比具有更快的计算速度和更高的估计精度。
单泽彪, 常立民, 刘小松, 王宇祥. 基于自然对数复合函数近似l0范数的DOA估计[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1521-1528.
SHAN Zebiao, CHANG Limin, LIU Xiaosong, WANG Yuxiang. DOA Estimation Based on Approximate l0 Norm of Natural Logarithm Composite Function[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(5): 1521-1528.
幅度误差 | 相位误差 | 均方根误差/(°) | 成功率/% |
---|---|---|---|
N(0,0.1) | N(0,10) | 1.5845 | 91.17 |
N(0,0.2) | N(0,10) | 2.1935 | 90.57 |
N(0,0.1) | N(0,20) | 1.5743 | 91.10 |
表1 幅相不一致时DOA估计均方根误差及 成功概率
Table 1 RMSEs and success probabilities of DOA estimation with amplitude-phase inconsistency
幅度误差 | 相位误差 | 均方根误差/(°) | 成功率/% |
---|---|---|---|
N(0,0.1) | N(0,10) | 1.5845 | 91.17 |
N(0,0.2) | N(0,10) | 2.1935 | 90.57 |
N(0,0.1) | N(0,20) | 1.5743 | 91.10 |
DOA | 30.0° | 30.2° | 30.5° | 30.7° | 30.9° |
---|---|---|---|---|---|
0° | 0.8488° | 0.8763° | 0.9042° | 0.8609° | 0.8395° |
0.2° | 0.8521° | 0.8795° | 0.9523° | 0.8830° | 0.8621° |
0.5° | 1.0237° | 1.0392° | 1.0416° | 1.0211° | 1.0199° |
表2 离格信号DOA估计均方根误差
Table 2 RMSEs of DOA estimation for off-grid signals
DOA | 30.0° | 30.2° | 30.5° | 30.7° | 30.9° |
---|---|---|---|---|---|
0° | 0.8488° | 0.8763° | 0.9042° | 0.8609° | 0.8395° |
0.2° | 0.8521° | 0.8795° | 0.9523° | 0.8830° | 0.8621° |
0.5° | 1.0237° | 1.0392° | 1.0416° | 1.0211° | 1.0199° |
算法 | 迭代次数/次 | 均方根误差/(°) |
---|---|---|
NLSL0 | 6 | 0.3134 |
SL0 | 8 | 0.3873 |
ISL0 | 16 | 0.3742 |
WSL0 | 19 | 0.3317 |
表3 不同算法所需迭代次数及均方根误差
Table 3 Number of iterations and RMSEs required by different algorithms
算法 | 迭代次数/次 | 均方根误差/(°) |
---|---|---|
NLSL0 | 6 | 0.3134 |
SL0 | 8 | 0.3873 |
ISL0 | 16 | 0.3742 |
WSL0 | 19 | 0.3317 |
参数 | 算法 | ||||
---|---|---|---|---|---|
NLSL0 | SL0 | ISL0 | WSL0 | OMP | |
时间/s | 0.0157 | 0.0189 | 0.0185 | 0.0233 | 0.0132 |
误差/(°) | 0.7483 | 1.9039 | 1.0392 | 0.8573 | 4.5706 |
表4 不同算法运算时间及均方根误差
Table 4 Calculation time and RMSEs of different algorithms
参数 | 算法 | ||||
---|---|---|---|---|---|
NLSL0 | SL0 | ISL0 | WSL0 | OMP | |
时间/s | 0.0157 | 0.0189 | 0.0185 | 0.0233 | 0.0132 |
误差/(°) | 0.7483 | 1.9039 | 1.0392 | 0.8573 | 4.5706 |
[1] |
doi: 10.1587/transfun.2020EAI0001 URL |
[2] |
doi: 10.1587/comex.2020XBL0015 URL |
[3] |
汤建龙, 郭立博, 董阳阳. 基于到达时间和到达方向联合定位的机动有源诱偏方法[J]. 兵工学报, 2020, 41(10):2088-2095.
|
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.10.019 |
|
[4] |
doi: 10.1515/freq-2020-0133 URL |
[5] |
doi: 10.7840/kics.2020.45.6.951 URL |
[6] |
doi: 10.1587/transinf.2020EDL8144 URL |
[7] |
doi: 10.1049/gtd2.v14.23 URL |
[8] |
doi: 10.1109/MSP.2007.914731 URL |
[9] |
doi: 10.1109/TIT.2006.871582 URL |
[10] |
doi: 10.3390/s110909098 pmid: 22164122 |
[11] |
doi: 10.3390/s130911167 pmid: 23974150 |
[12] |
doi: 10.1016/0013-4694(95)00107-A URL |
[13] |
doi: 10.1109/LSP.2015.2497543 URL |
[14] |
doi: 10.1109/TSP.2005.850882 URL |
[15] |
doi: 10.1109/TSP.2008.2007606 URL |
[16] |
doi: 10.1016/j.sigpro.2017.01.034 URL |
[17] |
赵瑞珍, 林婉娟, 李浩, 等. 基于光滑l0范数和修正牛顿法的压缩感知重建算法[J]. 计算机辅助设计与图形学学报, 2012, 24(4):478-484.
|
|
|
[18] |
伍飞云, 周跃海, 童峰. 基于似零范数和混合优化的压缩感知信号快速重构算法[J]. 自动化学报, 2014, 40(10): 2145-2150.
|
|
|
[19] |
冯俊杰, 张弓, 文方青. 基于SL0范数的改进稀疏信号重构算法[J]. 数据采集与处理, 2016, 31(1):178-183.
|
|
|
[20] |
单泽涛, 刘小松, 单泽彪, 等. 基于改进平滑L0范数的DOA估计算法[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2017, 35(6):603-607.
|
|
|
[21] |
马敏, 刘一斐, 王世喜. 基于近似L0范数的电容层析成像敏感场优化算法[J]. 激光与光电子学进展, 2021, 58(12):280-289.
|
|
|
[22] |
卢建宏, 刘海鹏, 王蒙, 等. 基于改进反余切函数的近似L0范数的重构算法[J]. 光电子·激光, 2021, 32(6):595-601.
|
|
|
[23] |
|
[24] |
doi: 10.1007/s11784-007-0041-6 URL |
[1] | 毛卫宁, 钱进. 基于子阵协方差矩阵的线列阵扩展[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1129-1134. |
[2] | 陈新华, 郑恩明, 李嶷, 杨鹤, 周权斌. 复域压缩感知近场声图测量方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1735-1743. |
[3] | 马云飞, 白华军, 温亮, 郭驰名, 贾希胜. 基于Laplace先验和稀疏块相关性的旋转机械振动信号贝叶斯压缩重构[J]. 兵工学报, 2021, 42(12): 2762-2770. |
[4] | 曹渊, 崔东华, 刘兴辉. 基于部分传输序列与压缩感知的正交频分复用系统峰值平均功率比降低算法[J]. 兵工学报, 2020, 41(6): 1151-1156. |
[5] | 黄惠祥, 郭秋涵, 童峰. 基于分布式压缩感知的麦克风阵列声源定位[J]. 兵工学报, 2019, 40(8): 1725-1731. |
[6] | 高晓峰, 栗苹, 李国林, 郝新红, 贾瑞丽. 基于互协方差的L型嵌套阵列二维波达方向估计[J]. 兵工学报, 2019, 40(6): 1207-1215. |
[7] | 张永顺, 朱卫纲, 孟祥航, 贾鑫, 曾创展, 王满喜. 基于块稀疏贝叶斯学习的跳频通信梳状干扰抑制[J]. 兵工学报, 2018, 39(9): 1864-1872. |
[8] | 潘曦, 佟颖, 王华阳. 球谐域传播算子快速声定向算法[J]. 兵工学报, 2018, 39(10): 1936-1944. |
[9] | 郭拓, 王英民, 张立琛. 一种用于水下小尺度运动阵列的目标波达方向估计方法[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1779-1785. |
[10] | 王志鹏, 王星, 田元荣, 周一鹏. 基于压缩感知的辐射源信号数据级融合识别方法[J]. 兵工学报, 2017, 38(8): 1547-1554. |
[11] | 朱甦, 薄煜明, 何亮. 基于冗余字典的多特征压缩感知目标跟踪算法[J]. 兵工学报, 2017, 38(6): 1140-1146. |
[12] | 焦传海, 李永成, 谢恺, 杨运甫. 基于期望偏差和广义似然比检验的非重构宽带压缩盲感知[J]. 兵工学报, 2016, 37(10): 1837-1843. |
[13] | 吴振, 戴继生, 朱湘临, 赵德安. 互耦效应下一种基于实值稀疏表示的波达方向估计算法[J]. 兵工学报, 2015, 36(2): 294-298. |
[14] | 周跃海, 曹秀岭, 童峰, 陈东升. 单输入多输出水声信道的联合稀疏恢复估计[J]. 兵工学报, 2015, 36(12): 2321-2329. |
[15] | 梁国龙, 张柯, 安少军, 范展. 声矢量阵阵元姿态误差自校正算法研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(8): 1236-1242. |
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