分布式網(wǎng)絡(luò)中基于gossip算法的多目標(biāo)DOA估計(jì)系統(tǒng)及估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及分布式網(wǎng)絡(luò)中基于gossip算法的多目標(biāo)DOA估計(jì)方法。本發(fā)明按照根據(jù)所述DOA估計(jì)值的計(jì)算公式計(jì)算DOA估計(jì)值所需要的迭代周期數(shù)，利用gossip算法對(duì)實(shí)現(xiàn)DOA估計(jì)的信號(hào)組成部分不斷更新至一個(gè)信息完全共享的理想狀態(tài)，執(zhí)行完所有迭代周期后，可以得到DOA的良好估計(jì)。本發(fā)明不需要矩陣求逆的方法，即可實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)中信息共享及DOA值的估計(jì)。
【專利說(shuō)明】分布式網(wǎng)絡(luò)中基于goss i P算法的多目標(biāo)DOA估計(jì)系統(tǒng)及估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分布式網(wǎng)絡(luò)中基于gossip算法的多目標(biāo)DOA估計(jì)系統(tǒng)及估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在分布式網(wǎng)絡(luò)中，由于不存在fusion center收集所有接收信號(hào)并進(jìn)行處理，因此無(wú)法采用傳統(tǒng)的DOA估計(jì)算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。即使存在中心節(jié)點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，也需要耗費(fèi)大量的傳輸代價(jià)，且系統(tǒng)的穩(wěn)定性依賴于中心節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。分布式網(wǎng)絡(luò)中，已有算法一般將整個(gè)系統(tǒng)劃分為多個(gè)子系統(tǒng)并在多個(gè)子系統(tǒng)中進(jìn)行信號(hào)傳遞并進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，然而這對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一定的要求，且要求每個(gè)子系統(tǒng)中存在一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，算法的穩(wěn)定性依然不高。
[0003]由于在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)信息共享時(shí)不需要特定的路線，也不需要預(yù)先設(shè)置中心節(jié)點(diǎn)以避免出現(xiàn)由于中心節(jié)點(diǎn)崩潰使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)崩潰的問(wèn)題，在不穩(wěn)定的傳感器網(wǎng)絡(luò)中算法性能也很穩(wěn)定，gossip算法在近幾年頗受關(guān)注，在計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制、信號(hào)處理和信息理論領(lǐng)域都有g(shù)ossip算法的應(yīng)用。將gossip算法應(yīng)用到分布式網(wǎng)絡(luò)的DOA估計(jì)主要是在節(jié)點(diǎn)之間共享信息以得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的DOA估計(jì)。然而，利用原始的DOA算法如CAPON算法進(jìn)行分布式的DOA估計(jì)時(shí)必須利用噪聲相關(guān)信號(hào)替代接收信號(hào)的自相關(guān)矩陣。由于矩陣求逆不易實(shí)現(xiàn)，這在多目標(biāo)的場(chǎng)景下會(huì)產(chǎn)生很多干擾。因此尋求不需要矩陣求逆的DOA估計(jì)算法并結(jié)合gossip算法進(jìn)行分布式網(wǎng)絡(luò)中的DOA估計(jì)意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提出一種分布式網(wǎng)絡(luò)中基于gossip算法的多目標(biāo)DOA估計(jì)系統(tǒng)及估計(jì)方法，不需要矩陣求逆的方法，即可實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)中信息共享及DOA值的估計(jì)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種分布式網(wǎng)絡(luò)中基于gossip算法的多目標(biāo)DOA估計(jì)方法，包括如下步驟:
[0006]在第φ迭代周期中，根據(jù)第Φ迭代規(guī)則對(duì)所述第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量進(jìn)行g(shù)ossip迭代，每次迭代后，判斷所述第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量與迭代前是否相等，如果是，則記錄并累加相等次數(shù)，否則將相等次數(shù)歸零；其中，Φ的初始值為1，所述第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量利用第Φ迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的初始值構(gòu)建得到；
[0007]當(dāng)所述相等次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)，且Φ的值未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，完成第Φ迭代周期的迭代，并儲(chǔ)存此時(shí)的第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量，并將第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量中各接收節(jié)點(diǎn)的信號(hào)作為第Φ+1迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的初始值；
[0008]循環(huán)執(zhí)行上述各步驟，每次循環(huán)時(shí)，Φ的值比上一循環(huán)中Φ的值增加1，當(dāng)Φ的值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，根據(jù)各迭代周期的迭代結(jié)果，利用DOA估計(jì)值的計(jì)算公式計(jì)算DOA估計(jì)值；所述預(yù)設(shè)值為根據(jù)所述DOA估計(jì)值的計(jì)算公式計(jì)算DOA估計(jì)值所需要的迭代周期數(shù)。[0009]進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)值為6。
[0010]進(jìn)一步地，當(dāng)Φ = I時(shí),所述DOA估計(jì)方法包括如下步驟:
[0011]各接收節(jié)點(diǎn)接收初始信號(hào)21(1-1)，并根據(jù)元說(shuō)
【權(quán)利要求】
1.一種分布式網(wǎng)絡(luò)中基于gossip算法的多目標(biāo)DOA估計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟: 在第Φ迭代周期中，根據(jù)第Φ迭代規(guī)則對(duì)所述第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量進(jìn)行g(shù)ossip迭代，每次迭代后，判斷所述第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量與迭代前是否相等，如果是，則記錄并累加相等次數(shù)，否則將相等次數(shù)歸零；其中，Φ的初始值為1，所述第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量利用第Φ迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的初始值構(gòu)建得到； 當(dāng)所述相等次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)，且Φ的值未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，完成第Φ迭代周期的迭代，并儲(chǔ)存此時(shí)的第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量，并將第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量中各接收節(jié)點(diǎn)的信號(hào)作為第Φ+1迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的初始值； 循環(huán)執(zhí)行上述各步驟，每次循環(huán)時(shí)，Φ的值比上一循環(huán)中Φ的值增加1，當(dāng)Φ的值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，根據(jù)各迭代周期的迭代結(jié)果，利用DOA估計(jì)值的計(jì)算公式計(jì)算DOA估計(jì)值；所述預(yù)設(shè)值為根據(jù)所述DOA估計(jì)值的計(jì)算公式計(jì)算DOA估計(jì)值所需要的迭代周期數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)DOA估計(jì)方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)值為6。
3.如權(quán)利要求2所述的多目標(biāo)DOA估計(jì)方法,其特征在于，當(dāng)Φ= I時(shí),所述DOA估計(jì)方法包括如下步驟: 各接收節(jié)點(diǎn)接收初始信號(hào)Zi(1-1),并根據(jù)
4.如權(quán)利要求3所述的多目標(biāo)DOA估計(jì)方法,其特征在于，當(dāng)Φ=2時(shí),所述DOA估計(jì)方法包括如下步驟: 根據(jù)尤(#，/) =-1)足,.(6?，0計(jì)算第二迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的新的


/「I初始值(認(rèn)/p/); 利用第二迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的新的初始值尤,.(認(rèn)/p/)構(gòu)成新的L維初始向量:x:, {(K / 丨)=(O, /,, O), h (O,,丨，L -l)f; 將各接收節(jié)點(diǎn)的:^(6^)存儲(chǔ)在N,GL維向量之(0中，形成第二信號(hào)數(shù)據(jù)向量； 根據(jù)第二迭代規(guī)則義⑴=(ot(1-1)對(duì)第二信號(hào)數(shù)據(jù)向量進(jìn)行迭代； Ir其中， UArrG(I+0-G(I,+1)(0-1iYpG(Z-Fl)- 2 (^G(I,+l)i _ ^G(Z-Fl)Z )(^G(I+l)i _ ^G(L+i)j )表不 gOSSlp 更新矩陣 j -^NrG(L+l) 表示凡G(L+1)的單位矩陣，eea+m表示第iG(L+l)-G(L+l)-l個(gè)元素至第iG(L+l)個(gè)元素為I而其他元素都為O的一個(gè)G(L+1)維向量； 每次迭代后，判斷是否乞(久/) = ^,(久/-1)，如果是，則記錄并累加相等次數(shù)C，否則，將相等次數(shù)C歸零；其中，足,(Λ/)和足,.(Λ/-1)分別為第i個(gè)接收節(jié)點(diǎn)在第t和第t-Ι次迭代得到的值；當(dāng)相等次數(shù)C達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)Ct時(shí)，根據(jù)_ == NrX'u{0,t2)計(jì)算Y i ( θ )，并儲(chǔ)存當(dāng)前每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)的輸出AMKl2J)，并將其作為第三迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的初始值；其中:尤㈧=+17尤很D，t2為實(shí)現(xiàn)第二迭代周期信息共享所耗費(fèi)的迭代次數(shù)；

r 如果相等次數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)的次數(shù)Ct，則記錄當(dāng)前迭代次數(shù)內(nèi)的文屮)，并進(jìn)入本次迭代周期內(nèi)的下一次gossip循環(huán)。
5.如權(quán)利要求4所述的多目標(biāo)DOA估計(jì)方法,其特征在于，當(dāng)Φ=3時(shí),所述DOA估計(jì)方法包括如下步驟: 根據(jù)祀叫)=N,.e J,1)1；(從,/)得到祀叫)；



/=1


L 根據(jù)#一得到第三迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的新



Z1=I的初始值祀 根據(jù)第三迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的新的初始值iX(a/2,/),構(gòu)成新的L維初始向量:
6.如權(quán)利要求5所述的多目標(biāo)DOA估計(jì)方法,其特征在于，當(dāng)Φ =4時(shí),所述DOA估計(jì)方法包括如下步驟: 根據(jù)
7.如權(quán)利要求6所述的多目標(biāo)DOA估計(jì)方法,其特征在于，當(dāng)Φ =5時(shí),所述DOA估計(jì)方法的包括如下步驟:
8.如權(quán)利要求7所述的多目標(biāo)DOA估計(jì)方法,其特征在于，當(dāng)Φ =6時(shí),所述DOA估計(jì)方法包括如下步驟:
根據(jù)公式
9.一種分布式網(wǎng)絡(luò)中基于gossip算法的多目標(biāo)DOA估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 循環(huán)迭代模塊，用于在第Φ迭代周期中，根據(jù)第Φ迭代規(guī)則對(duì)所述第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量進(jìn)行g(shù)ossip迭代，每次迭代后，判斷所述第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量與迭代前是否相等，如果是，則記錄并累加相等次數(shù)，否則將相等次數(shù)歸零；其中，Φ的初始值為1，所述第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量利用第Φ迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的初始值構(gòu)建得到；當(dāng)所述相等次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)，且Φ的值未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，完成第Φ迭代周期的迭代，并儲(chǔ)存此時(shí)的第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量，并將第Φ信號(hào)數(shù)據(jù)向量中各接收節(jié)點(diǎn)的信號(hào)作為第Φ+1迭代周期中各接收節(jié)點(diǎn)的初始值；循環(huán)執(zhí)行上述各步驟，每次循環(huán)時(shí)，Φ的值比上一循環(huán)中Φ的值增加I ; DOA估計(jì)值計(jì)算模塊，用于當(dāng)Φ的值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，根據(jù)各迭代周期的迭代結(jié)果，利用DOA估計(jì)值的計(jì)算公式計(jì)算DOA估計(jì)值；所述預(yù)設(shè)值為根據(jù)所述DOA估計(jì)值的計(jì)算公式計(jì)算DOA估計(jì)值所需要的迭代周期數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的分布式網(wǎng)絡(luò)中基于gossip算法的多目標(biāo)DOA估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)設(shè)值為6。
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK104023397SQ201410281232
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】謝寧, 張莉, 王暉, 林曉輝, 曾捷 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)