一种基于混沌PSO算法的雷电定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于混沌PSO算法的雷电定位方法，包括如下步骤：1)在雷电定位计算中引入自适应PSO算法，在粒子群位置更新引入混沌，用混沌序列代替现有粒子；2)确定雷电定位的数学模型，利用混沌变量Cid来调节混沌程度；3)利用粒子位置更新，由局部最优，得到全局最优位置解；4)由全局最优位置计算得到最大似然估计值，结合雷达定位原理确定雷电发生位置和时间，完成定位计算。其有益效果为：所述方法在能够计算出雷电发生距离和时间的同时，相对于传统方法、混沌PSO方法在寻优精度、稳定性和速度上有了显著提高，计算工作量相对于传统迭代方法明显减少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷电科学与大气探测领域，尤其是一种基于混沌PSO算法的雷电定位方法。
技术介绍
随着人类社会经济的发展，因雷电引起的灾害越来越严重。探测雷电的关键是雷电定位，雷电定位是根据天电信号确定闪电所在地理位置的方法和技术，雷电定位对于天气预报、森林防火、航空航天等方面都有重要意义。雷电监测定位仪利用闪电回击辐射的声光电磁场特性遥测闪电回击放电参数的自动化探测仪器，雷电定位方法分为方向定位和时差定位，其数据来源有多站和单站式两种，多站测量利用两个或多个相隔一定距离的定位 站同时观测同一闪电产生的天电信号，确定闪电所在位置。单站测量采用交叉环阴极射线测向法测定，定距方法还不成熟。传统雷电定位采用时差测量值和求解观测方程非线性方程组来计算。多个时差测量值在直角坐标系中形成多条双曲线，其交点即为雷电发生位置，该法实现简单，误差较大。非线性方程组的计算关键是求解迭代方法，通过计算其概率密度函数的最大值，该值为雷电位置的最大似然估计值，但其迭代初始值不容易界定，易于发散。粒子群优化(particle swarm optimization,简称PS0)算法采用群体和进化等概念，通过寻找当前搜索到的最优值来寻找全局最优。该算法以其实现容易、精度高、收敛快等优点混沌优化算法是由确定性方程得到随机性的运动状态，混沌方法具有全局渐进收敛和收敛速度快的特点。本专利技术将混沌融入粒子的运动当中，实现PSO与混沌协作，保证寻优迭代的收敛，能够精确快速探测雷电数据，确保了计算稳定并减少定位计算量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供高寻优精度、高稳定性和高速度的基于混沌PSO算法的雷电定位方法，其具体技术方案如下所述基于混沌PSO算法的雷电定位方法，包括如下步骤1)在雷电定位计算中引入自适应PSO算法，在粒子群位置更新引入混沌，用混沌序列代替现有粒子；2)确定雷电定位的数学模型，利用混沌变量Cid来调节混沌程度；3)利用粒子位置更新，由局部最优，得到全局最优位置解；4)由全局最优位置计算得到最大似然估计值，结合雷达定位原理确定雷电发生位置和时间，完成定位计算。所述方法的进一步设计在于，所述步骤I)首先确定混沌PSO系统动力模型，通过式(I)得到粒子的速度，其中d表示粒子的第d维，i表示第i个粒子，w为惯性权重，C1和C2为加速常数，T1和r2是分布在区间(0，I)的随机数，第i个粒子飞行历史中过去最优位置Pi= (Pil，Pi2, '''Pid).整个种群过去最优位置Pg是所有Pi (Pil, Pi2,…Pid)中最优，vid (t+1) = wX vid (t) +C1X T1X +C2 X r2 X (I)通过式(2)确定混沌参数，所述参数影响粒子的混沌程度，其中rid为i个粒子在第d维的混沌因子，rid的值为小于I的正数；权利要求1.一种基于混沌PSO算法的雷电定位方法，其特征在于，包括如下步骤 1)在雷电定位计算中引入自适应PSO算法，在粒子群位置更新引入混沌，用混沌序列代替现有粒子； 2)确定雷电定位的数学模型，利用混沌变量Cid来调节混沌程度； 3)利用粒子位置更新，由局部最优，得到全局最优位置解； 4)由全局最优位置计算得到最大似然估计值，结合雷达定位原理确定雷电发生位置和时间，完成定位计算。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤I)首先确定混沌PSO系统动力模型，通过式(I)得到粒子的速度，其中d表示粒子的第d维，i表示第i个粒子，w为惯性权重，C1和C2为加速常数，T1和r2是分布在区间(0，I)的随机数；第i个粒子飞行历史中过去最优位置Pi= (Pil, pi2，"Iid),整个种群过去最优位置Pg是所有Pi(P^PifPid)中最优。vid(t+l) = wXvid(t)+c1Xr1X +C2Xr2X (I) 通过式(2)确定混沌参数，所述参数影响粒子的混沌程度，其中rid为i个粒子在第d维的混沌因子，rid的值为小于I的正数；3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中 当Cid取0时，混沌基本忽略，粒子群算法占主导，粒子最佳位置如式(4) xid (t) = Xid(t-l)+vid(t) (4) 当cid取I时，混沌算法占主导，粒子最佳位置如式(5)4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中当混沌PSO出现早熟收敛时，粒子位置按式(7)更新， xid (t+1) = xmin+Zi+1 X (Xmax-Xmin) (7) 如果粒子适应度优于全局极值适应度，则用当前粒子位置替换全局极值，如此反复迭代，最后和群体适应度方差比较优劣，保持最优位置解输出，群体适应度方差如式(8)5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中由多台雷电定位监测仪器接收雷电产生的电磁波，记录电磁波到达的时间t和方向，得到雷达定位测量值的条件密度概率密度函数如式(9)，P (V IX) = exp {v- tN-1 tN-1 (l l) 通过A(X)作为个体粒子自适应函数利用混沌PSO搜索出雷电发生的最大似然位置，并根据选择的适应函数> )=文((-^^-02，得到雷电发生距离和时间如式(12)； O- ,=1Cn j4c 其中L(Xid)为测量站的雷电定位监测仪到当前所选粒子的距离，f为各测量站雷电发生时间的平均值。全文摘要本专利技术涉及一种基于混沌PSO算法的雷电定位方法，包括如下步骤1)在雷电定位计算中引入自适应PSO算法，在粒子群位置更新引入混沌，用混沌序列代替现有粒子；2)确定雷电定位的数学模型，利用混沌变量Cid来调节混沌程度；3)利用粒子位置更新，由局部最优，得到全局最优位置解；4)由全局最优位置计算得到最大似然估计值，结合雷达定位原理确定雷电发生位置和时间，完成定位计算。其有益效果为所述方法在能够计算出雷电发生距离和时间的同时，相对于传统方法、混沌PSO方法在寻优精度、稳定性和速度上有了显著提高，计算工作量相对于传统迭代方法明显减少。文档编号G01R29/08GK102967770SQ20121030060公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日专利技术者单慧琳, 张银胜, 唐慧强 申请人:南京信息工程大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混沌PSO算法的雷电定位方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在雷电定位计算中引入自适应PSO算法，在粒子群位置更新引入混沌，用混沌序列代替现有粒子；2)确定雷电定位的数学模型，利用混沌变量cid来调节混沌程度；3)利用粒子位置更新，由局部最优，得到全局最优位置解；4)由全局最优位置计算得到最大似然估计值，结合雷达定位原理确定雷电发生位置和时间，完成定位计算。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：单慧琳，张银胜，唐慧强，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：