[发明专利]基于支持向量机可控功率响应的MUSIC-DOA方法

权利要求书

1.一种基于支持向量机可控功率响应的MUSIC-DOA估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，计算麦克风阵列输出的平均功率；具体是：设麦克风阵列包含N个阵元，假设一个方位角为θ_s的窄带信号入射到N个阵元中，s(t)为t时刻声源发射信号，第n个阵元的接收信号为：

x_n(t)＝δ_ns(t-τ_n)+v_n(t)n＝1,2,···,N

式中，δ_n表示第n个阵元对信号的增益，τ_n表示信号到达第n个阵元相对于参考阵元的时延，v_n(t)表示t时刻第n个阵元的噪声；

将给定的时刻t变为长度为L的信号向量X_n(t)，即：

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

式中，(·)^T表示矩阵转置运方符，则第n个阵元的接收信号为：

式中，j表示虚部，频域宽带信号模型为：

通过对阵元接收信号进行加权求和，得到观察方向为θ、频率为f的阵列输出向量为：

式中，H表示Hermitian转置，w(f,θ)是阵列在方向θ上的方向向量；

阵列输出的平均功率为：

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)}是阵列输出信号的协方差矩阵；

步骤2，对SRP-MUSIC方法的空间谱估计P_SRP-MUSIC(f,θ)进行归一化，得到SRP-NMUSIC空间谱估计；具体内容是：SRP-MUSIC空间谱估计为：

式中，G(f)表示噪声子空间M×(M-N)的特征向量矩阵，a(f,θ)表示均匀线阵的阵列方向向量；

对P_SRP-MUSIC(f,θ)进行归一化，得到SRP-NMUSIC空间谱估计，即：

式中，max[·]表示最大值；

步骤3，引入支持向量机，并用SVM监督模型进行估计；其中，SRP-WMUSIC宽带信号空间谱估计为：

式中，P_SRP-MUSIC(f,θ)表示SRP-MUSIC空间谱估计，f_min和f_max表示宽带信号的频率范围，γ_f是二进制变量，取值为-1或1，用SVM监督模型进行估计为：

式中，sgn表示阶跃函数，Q表示训练集样本的大小，f是子带的频率，是频率为f的第i个训练集样本输入和的高斯核函数，是第i个训练集样本的目标值，γ_f的取值是{-1,1}，a_i≥0，b是常数；

步骤4，通过子带信号空间谱估计的偏置得到训练和测试样本；

步骤5，在声源角度已知的前提下，将SVM应用于宽带信号DOA估计，得到SRP-WMUSIC方法DOA估计结果，具体内容是：将参考的美国标准噪声放在角度为θ_t的位置上，SRP-NMUSIC方法DOA估计为：

式中，P_SRP-NMUSIC(f,θ)表示SRP-NMUSIC宽带信号空间谱估计；

声源角度与SRP-NMUSIC方法DOA估计误差为：

第i个训练集的样本标签定义为：

式中，η是一个给定的阈值，用于区分MUSIC归一化空间谱估计不准确的子带信号，不准确的子带信号标签为-1，准确的子带信号标签为1；

最后，SRP-WMUSIC方法DOA估计为：

式中，P_SRP-WMUSIC(f,θ)表示SRP-WMUSIC方法的空间谱估计。