[發明專利]基于支持向量機可控功率響應的MUSIC-DOA方法

在審

• 申請號: 201811072707.8
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109283487A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 郭業才;王超;施鈺鯤;張浩然
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

1.一種基于支持向量機可控功率響應的MUSIC-DOA估計方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，計算麥克風陣列輸出的平均功率；具體是：設麥克風陣列包含N個陣元，假設一個方位角為θ_s的窄帶信號入射到N個陣元中，s(t)為t時刻聲源發射信號，第n個陣元的接收信號為：

x_n(t)＝δ_ns(t-τ_n)+v_n(t)n＝1,2,···,N

式中，δ_n表示第n個陣元對信號的增益，τ_n表示信號到達第n個陣元相對于參考陣元的時延，v_n(t)表示t時刻第n個陣元的噪聲；

將給定的時刻t變為長度為L的信號向量X_n(t)，即：

X_n(t)＝[x_n(t),x_n(t-1),...,x_n(t-L+1)]^T

式中，(·)^T表示矩陣轉置運方符，則第n個陣元的接收信號為：

式中，j表示虛部，頻域寬帶信號模型為：

通過對陣元接收信號進行加權求和，得到觀察方向為θ、頻率為f的陣列輸出向量為：

式中，H表示Hermitian轉置，w(f,θ)是陣列在方向θ上的方向向量；

陣列輸出的平均功率為：

P(f,θ)＝E{|Y(f,θ)|²}＝w(f,θ)^HΦ(f)w(f,θ)

式中，Φ(f)＝E{x(k,f)x^H(k,f)}是陣列輸出信號的協方差矩陣；

步驟2，對SRP-MUSIC方法的空間譜估計P_SRP-MUSIC(f,θ)進行歸一化，得到SRP-NMUSIC空間譜估計；具體內容是：SRP-MUSIC空間譜估計為：

式中，G(f)表示噪聲子空間M×(M-N)的特征向量矩陣，a(f,θ)表示均勻線陣的陣列方向向量；

對P_SRP-MUSIC(f,θ)進行歸一化，得到SRP-NMUSIC空間譜估計，即：

式中，max[·]表示最大值；

步驟3，引入支持向量機，并用SVM監督模型進行估計；其中，SRP-WMUSIC寬帶信號空間譜估計為：

式中，P_SRP-MUSIC(f,θ)表示SRP-MUSIC空間譜估計，f_min和f_max表示寬帶信號的頻率范圍，γ_f是二進制變量，取值為-1或1，用SVM監督模型進行估計為：

式中，sgn表示階躍函數，Q表示訓練集樣本的大小，f是子帶的頻率，是頻率為f的第i個訓練集樣本輸入和的高斯核函數，是第i個訓練集樣本的目標值，γ_f的取值是{-1,1}，a_i≥0，b是常數；

步驟4，通過子帶信號空間譜估計的偏置得到訓練和測試樣本；

步驟5，在聲源角度已知的前提下，將SVM應用于寬帶信號DOA估計，得到SRP-WMUSIC方法DOA估計結果，具體內容是：將參考的美國標準噪聲放在角度為θ_t的位置上，SRP-NMUSIC方法DOA估計為：

式中，P_SRP-NMUSIC(f,θ)表示SRP-NMUSIC寬帶信號空間譜估計；

聲源角度與SRP-NMUSIC方法DOA估計誤差為：

第i個訓練集的樣本標簽定義為：

式中，η是一個給定的閾值，用于區分MUSIC歸一化空間譜估計不準確的子帶信號，不準確的子帶信號標簽為-1，準確的子帶信號標簽為1；

最后，SRP-WMUSIC方法DOA估計為：

式中，P_SRP-WMUSIC(f,θ)表示SRP-WMUSIC方法的空間譜估計。