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基于VEPPSO-EXTRA混合算法的分布式直接定位技术

陈志坤 翁一鸣 彭冬亮 吴美婵

陈志坤, 翁一鸣, 彭冬亮, 吴美婵. 基于VEPPSO-EXTRA混合算法的分布式直接定位技术[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(2): 664-671. doi: 10.11999/JEIT211502
引用本文: 陈志坤, 翁一鸣, 彭冬亮, 吴美婵. 基于VEPPSO-EXTRA混合算法的分布式直接定位技术[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(2): 664-671. doi: 10.11999/JEIT211502
CHEN Zhikun, WENG Yiming, PENG Dongliang, WU Meichan. Distributed Direct Position Determination Technology Based on VEPPSO-EXTRA Hybrid Algorithm[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(2): 664-671. doi: 10.11999/JEIT211502
Citation: CHEN Zhikun, WENG Yiming, PENG Dongliang, WU Meichan. Distributed Direct Position Determination Technology Based on VEPPSO-EXTRA Hybrid Algorithm[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(2): 664-671. doi: 10.11999/JEIT211502

基于VEPPSO-EXTRA混合算法的分布式直接定位技术

doi: 10.11999/JEIT211502
基金项目: 国家自然科学基金(61701148),火箭创新基金项目(YZ20067)
详细信息
    作者简介:

    陈志坤:男,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为雷达阵列信号处理与电子侦察

    翁一鸣:男,硕士生,研究方向为无源定位

    彭冬亮:男,博士,教授,博士生导师,研究方向为信息融合

    吴美婵:女,硕士生,研究方向为雷达干扰效果评估

    通讯作者:

    翁一鸣 wengyiming@hdu.edu.cn

  • 中图分类号: TN911

Distributed Direct Position Determination Technology Based on VEPPSO-EXTRA Hybrid Algorithm

Funds: The National Natural Science Foundation of China(61701148), Rocket Innovation Fund Project (YZ20067)
  • 摘要: 相对于集中式直接定位技术,分布式直接定位算法具有计算复杂度小和通信代价小等优点,但存在定位精度损失的问题。针对于此,该文提出一种基于VEPPSO-EXTRA混合算法的分布式直接定位技术。首先,基于子空间融合的直接定位算法,推导其分布式优化的数学模型;其次,基于多种群联合进化的思想,提出一种基于向量评估的并行粒子群算法(VEPPSO)实现全局寻优,由此得到辐射源迭代初始值;最后,引入分布式精确一阶算法(EXTRA)求解最终位置以降低分布式计算带来的精度损失。实验结果表明,相较于现有的分布式直接定位算法,该技术能解决定位精度损失的问题,且其计算复杂度与通信代价低于对应的集中式直接定位算法。
  • 图  1  传感器网络示意图

    图  2  混合算法流程图

    图  3  传感器网络拓扑结构图

    图  4  VEPPSO算法有效性示意图

    图  5  粒子群迭代次数对聚集性能影响示意图

    图  6  聚类分析修正后结果图

    图  7  收敛曲线对比图

    图  8  定位性能曲线比较图

    算法1 VEPPSO-EXTRA算法
     输入:初始化VEPPSO算法的各节点粒子数$ {N_{\text{p}}} $,粒子群迭代次数$ {N_{{\text{iter1}}}} $,EXTRA算法合适的步长$ \alpha $,混合加权矩阵${\boldsymbol{A}} = [{a_{r,l} }] \in {\mathbb{R}^{R \times R} }$。
     (1)VEPPSO算法及聚类优化
     (a)通过局部代价函数式(10),评估粒子状态。如果$ {J'_r}({\text{xo}}{{\text{y}}_i}) < {J'_r}({{\boldsymbol{p}}_i}) $,$ {{\boldsymbol{p}}_i} = {\text{xo}}{{\text{y}}_i} $,如果$ {J'_r}({{\boldsymbol{p}}_i}) < {J'_r}({{\boldsymbol{p}}_{g[r]}}) $,$ {{\boldsymbol{p}}_{g[r]}} = {{\boldsymbol{p}}_i} $;
     (b)交换粒子之间和种群之间的信息。$ {{\boldsymbol{p}}_{{\text{local\_i}}}} = $相邻粒子最优状态$ ({{\boldsymbol{p}}_{i - 1}},{{\boldsymbol{p}}_i},{{\boldsymbol{p}}_{i{\text{ + 1}}}}) $,$ {{\boldsymbol{p}}_{g[{{\boldsymbol{N}}_r}]}} = $相邻粒子群随机状态$ ({{\boldsymbol{p}}_{g[l]}}),l \in {{\boldsymbol{N}}_r} $;
     (c)对于每个种群$ r $并行执行式(14)和式(15),实现位置更新,如果迭代未结束,跳转到(a);
     (d)当$ n = {N_{{\text{iter1}}}} $时结束迭代,并将各个种群的粒子的历史最优位置$ {{\boldsymbol{p}}_i} $作为辐射源位置初始值的估计结果;
     (e)将各种群估计结果经聚类后分享到各邻居节点,然后再次通过传统聚类优化算法得到辐射源迭代初始值$ {{\boldsymbol{p}}_{r,1}} $。
     (2)EXTRA算法
     (a)每个节点进行初始化,$ {{\boldsymbol{p}}_{r,2}} = \displaystyle\sum\limits_{l \in {{\boldsymbol{N}}_r}} {{a_{r,l}}{{\boldsymbol{p}}_{l,1}}} - \alpha \nabla J'({{\boldsymbol{p}}_{r,1}}) $;
     (b)每个节点并行迭代,$ {{\boldsymbol{p}}_{r,i + 2}} = \displaystyle\sum\limits_{l \in {{\boldsymbol{N}}_r}} {{a_{r,l}}{{\boldsymbol{p}}_{l,i + 1}}} - \left(\displaystyle\sum\limits_{l \in {{\boldsymbol{N}}_r}} {\frac{{{a_{r,l}}}}{2}{{\boldsymbol{p}}_{r,i}}} + \frac{{{{\boldsymbol{p}}_{r,i}}}}{2}\right) - \alpha [\nabla J'({{\boldsymbol{p}}_{r,i + 1}}) - \nabla J'({{\boldsymbol{p}}_{r,i}})] $,直至定位结果迭代误差小
      于设定值。
     输出:辐射源位置最终估计$ {\boldsymbol{p}} $。
    下载: 导出CSV

    表  2  算法执行时间(s)

    算法总时长平均时长
    集中式直接定位算法1.2658
    本文分布式直接定位算法6.30000.3150
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-14
  • 修回日期:  2022-05-28
  • 网络出版日期:  2022-06-17
  • 刊出日期:  2023-02-07

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