分布式網(wǎng)絡中基于gossip算法的多目標DOA估計系統(tǒng)及估計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及分布式網(wǎng)絡中基于gossip算法的多目標DOA估計方法。本發(fā)明按照根據(jù)所述DOA估計值的計算公式計算DOA估計值所需要的迭代周期數(shù)，利用gossip算法對實現(xiàn)DOA估計的信號組成部分不斷更新至一個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。本發(fā)明不需要矩陣求逆的方法，即可實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡中信息共享及DOA值的估計。
【專利說明】分布式網(wǎng)絡中基于goss i P算法的多目標DOA估計系統(tǒng)及估計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分布式網(wǎng)絡中基于gossip算法的多目標DOA估計系統(tǒng)及估計方法。
【背景技術】
[0002]在分布式網(wǎng)絡中，由于不存在fusion center收集所有接收信號并進行處理，因此無法采用傳統(tǒng)的DOA估計算法對目標進行參數(shù)估計。即使存在中心節(jié)點對信號進行處理，也需要耗費大量的傳輸代價，且系統(tǒng)的穩(wěn)定性依賴于中心節(jié)點的穩(wěn)定性。分布式網(wǎng)絡中，已有算法一般將整個系統(tǒng)劃分為多個子系統(tǒng)并在多個子系統(tǒng)中進行信號傳遞并進行參數(shù)估計，然而這對網(wǎng)絡結構有一定的要求，且要求每個子系統(tǒng)中存在一個中心節(jié)點，算法的穩(wěn)定性依然不高。
[0003]由于在傳感器網(wǎng)絡內(nèi)部實現(xiàn)信息共享時不需要特定的路線，也不需要預先設置中心節(jié)點以避免出現(xiàn)由于中心節(jié)點崩潰使得整個網(wǎng)絡崩潰的問題，在不穩(wěn)定的傳感器網(wǎng)絡中算法性能也很穩(wěn)定，gossip算法在近幾年頗受關注，在計算機科學、控制、信號處理和信息理論領域都有gossip算法的應用。將gossip算法應用到分布式網(wǎng)絡的DOA估計主要是在節(jié)點之間共享信息以得到每個節(jié)點的DOA估計。然而，利用原始的DOA算法如CAPON算法進行分布式的DOA估計時必須利用噪聲相關信號替代接收信號的自相關矩陣。由于矩陣求逆不易實現(xiàn)，這在多目標的場景下會產(chǎn)生很多干擾。因此尋求不需要矩陣求逆的DOA估計算法并結合gossip算法進行分布式網(wǎng)絡中的DOA估計意義重大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是:提出一種分布式網(wǎng)絡中基于gossip算法的多目標DOA估計系統(tǒng)及估計方法，不需要矩陣求逆的方法，即可實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡中信息共享及DOA值的估計。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0005]一種分布式網(wǎng)絡中基于gossip算法的多目標DOA估計方法，包括如下步驟:
[0006]在第φ迭代周期中，根據(jù)第Φ迭代規(guī)則對所述第Φ信號數(shù)據(jù)向量進行gossip迭代，每次迭代后，判斷所述第Φ信號數(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信號數(shù)據(jù)向量利用第Φ迭代周期中各接收節(jié)點的初始值構建得到；
[0007]當所述相等次數(shù)達到預設次數(shù)，且Φ的值未達到預設值時，完成第Φ迭代周期的迭代，并儲存此時的第Φ信號數(shù)據(jù)向量，并將第Φ信號數(shù)據(jù)向量中各接收節(jié)點的信號作為第Φ+1迭代周期中各接收節(jié)點的初始值；
[0008]循環(huán)執(zhí)行上述各步驟，每次循環(huán)時，Φ的值比上一循環(huán)中Φ的值增加1，當Φ的值達到預設值時，根據(jù)各迭代周期的迭代結果，利用DOA估計值的計算公式計算DOA估計值；所述預設值為根據(jù)所述DOA估計值的計算公式計算DOA估計值所需要的迭代周期數(shù)。[0009]進一步地，所述預設值為6。
[0010]進一步地，當Φ = I時,所述DOA估計方法包括如下步驟:
[0011]各接收節(jié)點接收初始信號21(1-1)，并根據(jù)元說
【權利要求】
1.一種分布式網(wǎng)絡中基于gossip算法的多目標DOA估計方法，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)則對所述第Φ信號數(shù)據(jù)向量進行gossip迭代，每次迭代后，判斷所述第Φ信號數(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信號數(shù)據(jù)向量利用第Φ迭代周期中各接收節(jié)點的初始值構建得到； 當所述相等次數(shù)達到預設次數(shù)，且Φ的值未達到預設值時，完成第Φ迭代周期的迭代，并儲存此時的第Φ信號數(shù)據(jù)向量，并將第Φ信號數(shù)據(jù)向量中各接收節(jié)點的信號作為第Φ+1迭代周期中各接收節(jié)點的初始值； 循環(huán)執(zhí)行上述各步驟，每次循環(huán)時，Φ的值比上一循環(huán)中Φ的值增加1，當Φ的值達到預設值時，根據(jù)各迭代周期的迭代結果，利用DOA估計值的計算公式計算DOA估計值；所述預設值為根據(jù)所述DOA估計值的計算公式計算DOA估計值所需要的迭代周期數(shù)。
2.如權利要求1所述的多目標DOA估計方法，其特征在于，所述預設值為6。
3.如權利要求2所述的多目標DOA估計方法,其特征在于，當Φ= I時,所述DOA估計方法包括如下步驟: 各接收節(jié)點接收初始信號Zi(1-1),并根據(jù)
4.如權利要求3所述的多目標DOA估計方法,其特征在于，當Φ=2時,所述DOA估計方法包括如下步驟: 根據(jù)尤(#，/) =-1)足,.(6?，0計算第二迭代周期中各接收節(jié)點的新的
/「I初始值(認/p/); 利用第二迭代周期中各接收節(jié)點的新的初始值尤,.(認/p/)構成新的L維初始向量:x:, {(K / 丨)=(O, /,, O), h (O,,丨，L -l)f; 將各接收節(jié)點的:^(6^)存儲在N,GL維向量之(0中，形成第二信號數(shù)據(jù)向量； 根據(jù)第二迭代規(guī)則義⑴=(ot(1-1)對第二信號數(shù)據(jù)向量進行迭代； 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個元素至第iG(L+l)個元素為I而其他元素都為O的一個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個接收節(jié)點在第t和第t-Ι次迭代得到的值；當相等次數(shù)C達到預設次數(shù)Ct時，根據(jù)_ == NrX'u{0,t2)計算Y i ( θ )，并儲存當前每個接收節(jié)點的輸出AMKl2J)，并將其作為第三迭代周期中各接收節(jié)點的初始值；其中:尤㈧=+17尤很D，t2為實現(xiàn)第二迭代周期信息共享所耗費的迭代次數(shù)；
r 如果相等次數(shù)未達到預設的次數(shù)Ct，則記錄當前迭代次數(shù)內(nèi)的文屮)，并進入本次迭代周期內(nèi)的下一次gossip循環(huán)。
5.如權利要求4所述的多目標DOA估計方法,其特征在于，當Φ=3時,所述DOA估計方法包括如下步驟: 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)點的新的初始值iX(a/2,/),構成新的L維初始向量:
6.如權利要求5所述的多目標DOA估計方法,其特征在于，當Φ =4時,所述DOA估計方法包括如下步驟: 根據(jù)
7.如權利要求6所述的多目標DOA估計方法,其特征在于，當Φ =5時,所述DOA估計方法的包括如下步驟:
8.如權利要求7所述的多目標DOA估計方法,其特征在于，當Φ =6時,所述DOA估計方法包括如下步驟:
根據(jù)公式
9.一種分布式網(wǎng)絡中基于gossip算法的多目標DOA估計系統(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)則對所述第Φ信號數(shù)據(jù)向量進行gossip迭代，每次迭代后，判斷所述第Φ信號數(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信號數(shù)據(jù)向量利用第Φ迭代周期中各接收節(jié)點的初始值構建得到；當所述相等次數(shù)達到預設次數(shù)，且Φ的值未達到預設值時，完成第Φ迭代周期的迭代，并儲存此時的第Φ信號數(shù)據(jù)向量，并將第Φ信號數(shù)據(jù)向量中各接收節(jié)點的信號作為第Φ+1迭代周期中各接收節(jié)點的初始值；循環(huán)執(zhí)行上述各步驟，每次循環(huán)時，Φ的值比上一循環(huán)中Φ的值增加I ; DOA估計值計算模塊，用于當Φ的值達到預設值時，根據(jù)各迭代周期的迭代結果，利用DOA估計值的計算公式計算DOA估計值；所述預設值為根據(jù)所述DOA估計值的計算公式計算DOA估計值所需要的迭代周期數(shù)。
10.如權利要求9所述的分布式網(wǎng)絡中基于gossip算法的多目標DOA估計系統(tǒng)，其特征在于，所述預設值為6。
【文檔編號】H04W64/00GK104023397SQ201410281232
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權日:2014年6月20日
【發(fā)明者】謝寧, 張莉, 王暉, 林曉輝, 曾捷 申請人:深圳大學