[發(fā)明專利]基于支持向量機(jī)可控功率響應(yīng)的MUSIC-DOA方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811072707.8
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109283487A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭業(yè)才;王超;施鈺鯤;張浩然
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發(fā)明公開一種基于支持向量機(jī)可控功率響應(yīng)的MUSIC?DOA估計(jì)方法，包括如下步驟：步驟1，計(jì)算麥克風(fēng)陣列輸出的平均功率；步驟2，對SRP?MUSIC方法的空間譜估計(jì)進(jìn)行歸一化，得到SRP?NMUSIC空間譜估計(jì)；步驟3，引入支持向量機(jī)，并用SVM監(jiān)督模型進(jìn)行估計(jì)；步驟4，通過子帶信號空間譜估計(jì)的偏置得到訓(xùn)練和測試樣本；步驟5，在聲源角度已知的前提下，將SVM應(yīng)用于寬帶信號DOA估計(jì)，得到SRP?WMUSIC方法DOA估計(jì)結(jié)果。此種估計(jì)方法可有效解決低信噪比時(shí)MUSIC歸一化方法DOA估計(jì)誤差較大的問題，是一種精確、魯棒的DOA估計(jì)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于麥克風(fēng)陣列DOA估計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于支持向量機(jī)可控功率響應(yīng)的MUSIC-DOA方法。

背景技術(shù)

波束形成是一種穩(wěn)健的聲源定位方法，其目的是通過最大化聲源方向上的空間濾波器響應(yīng)估計(jì)聲源的位置。最早的陣列信號DOA估計(jì)方法是由Bartlett于1965年提出的常規(guī)波束形成法，也叫做Bartlett波束形成法，但該方法存在“瑞利限”，不能分辨出位于一個(gè)波束寬度內(nèi)的目標(biāo)。因此，實(shí)際應(yīng)用中，不增加物理孔徑時(shí)，如何突破瑞利限是陣列信號DOA估計(jì)亟需解決的一個(gè)重要難題。在基于可控波束的聲源定位方法中，基于可控功率響應(yīng)和相位變換方法魯棒性強(qiáng)，在弱噪聲和適度混響時(shí)，可以獲得較精確的DOA估計(jì)，但在低信噪比或強(qiáng)混響時(shí)，DOA估計(jì)精確度不高、運(yùn)算量大。近期研究表明，MUSIC歸一化方法可以提高空間分辨率，能更好地識(shí)別直視路徑和反射，但也增強(qiáng)了噪聲分量，導(dǎo)致DOA估計(jì)誤差較大。

支持向量機(jī)用結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化準(zhǔn)則代替經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化準(zhǔn)則，在解決小樣本、非線性(Non?Linear)等機(jī)器學(xué)習(xí)問題時(shí)優(yōu)勢明顯。2016年，Daniele?Salvati等提出利用RBF核支持向量機(jī)來構(gòu)建加權(quán)最小方差無失真響應(yīng)波束形成器，能有效處理近場單聲源定位問題。

為了解決低信噪比時(shí)，MUSIC歸一化方法DOA估計(jì)誤差較大的問題，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提供一種基于支持向量機(jī)可控功率響應(yīng)的MUSIC-DOA估計(jì)方法，其可有效解決低信噪比時(shí)MUSIC歸一化方法DOA估計(jì)誤差較大的問題，是一種精確、魯棒的DOA估計(jì)方法。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種基于支持向量機(jī)可控功率響應(yīng)的MUSIC-DOA估計(jì)方法，包括如下步驟：

步驟1，計(jì)算麥克風(fēng)陣列輸出的平均功率；

步驟2，對SRP-MUSIC方法的空間譜估計(jì)P_SRP-MUSIC(f,θ)進(jìn)行歸一化，得到SRP-NMUSIC空間譜估計(jì)；

步驟3，引入支持向量機(jī)，并用SVM監(jiān)督模型進(jìn)行估計(jì)；

步驟4，通過子帶信號空間譜估計(jì)的偏置得到訓(xùn)練和測試樣本；

步驟5，在聲源角度已知的前提下，將SVM應(yīng)用于寬帶信號DOA估計(jì)，得到SRP-WMUSIC方法DOA估計(jì)結(jié)果。

上述步驟1的詳細(xì)內(nèi)容是：設(shè)麥克風(fēng)陣列包含N個(gè)陣元，假設(shè)一個(gè)方位角為θ_s的窄帶信號入射到N個(gè)陣元中，s(t)為t時(shí)刻聲源發(fā)射信號，第n個(gè)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(gè)陣元對信號的增益，τ_n表示信號到達(dá)第n個(gè)陣元相對于參考陣元的時(shí)延，v_n(t)表示t時(shí)刻第n個(gè)陣元的噪聲；

將給定的時(shí)刻t變?yōu)殚L度為L的信號向量X_n(t)，即：