寬帶波束形成器的抽頭稀疏化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、寬帶波束形成是麥克風(fēng)陣列信號處理的關(guān)鍵技術(shù)之一，在音頻信號采集和聲源定位等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。基于濾波求和結(jié)構(gòu)的空間響應(yīng)變化約束最小二乘法是近年來新發(fā)展的頻率不變寬帶波束形成器(Frequency invariant beamformer)設(shè)計(jì)方法，對高性能寬帶音頻信號采集具有重要意義。而近年來所提出的基于Farrow結(jié)構(gòu)的指向可調(diào)寬帶波束形成器可以有效解決聲源運(yùn)動情況下的波束形成問題。本文以寬帶波束形成器的抽頭稀疏化設(shè)計(jì)為主線，分別對

2、以上兩類寬帶波束形成器設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較深入的研究。主要研究工作包括：
　　1.研究了基于濾波求和結(jié)構(gòu)的空間響應(yīng)變化約束最小二乘頻率不變寬帶波束形成器的抽頭稀疏化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，該方法的性能受濾波器抽頭長度的影響。通過增大濾波器的抽頭長度，可以改善波束形成器的性能，但是其代價(jià)是波束形成器的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度亦增大。針對這一問題，本文提出了稀疏化設(shè)計(jì)方法，有效降低了頻率不變寬帶波束形成器的冗余權(quán)值。仿真結(jié)果表明，與相同抽頭數(shù)量的非稀疏設(shè)計(jì)方

3、法相比，基于稀疏化設(shè)計(jì)方法具有更好的性能。
　　2.研究了基于Farrow結(jié)構(gòu)的指向可調(diào)魯棒寬帶波束形成器的稀疏化設(shè)計(jì)。(1)針對麥克風(fēng)失配誤差有界的條件下，研究了基于最差性能優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法。該方法雖然已成功應(yīng)用于基于濾波求和結(jié)構(gòu)的波束形成器魯棒設(shè)計(jì)，但研究結(jié)果表明，由于存在過約束問題，該方法并不適用于基于Farrow結(jié)構(gòu)的指向可調(diào)寬帶波束形成器設(shè)計(jì)。(2)針對麥克風(fēng)失配誤差的均值和方差的分布范圍已知的條件下，研究了基于最差平均性

4、能優(yōu)化和通帶響應(yīng)方差約束的魯棒設(shè)計(jì)方法。研究結(jié)果表明，當(dāng)存在麥克風(fēng)失配誤差時(shí)，該方法具有良好的性能。此外，還分析了基于Farrow結(jié)構(gòu)的指向可調(diào)寬帶波束形成器的通帶響應(yīng)方差的一些特性。(3)研究了基于Farrow結(jié)構(gòu)的指向可調(diào)寬帶魯棒波束形成器的稀疏化設(shè)計(jì)。與經(jīng)典的濾波求和結(jié)構(gòu)波束形成器相比，基于Farrow結(jié)構(gòu)的波束形成器指向可調(diào)的實(shí)現(xiàn)是以增加濾波器的個(gè)數(shù)為代價(jià)的。提出了一種基于Farrow結(jié)構(gòu)的指向可調(diào)寬帶魯棒波束形成器的抽頭稀疏化