遠場寬帶波束形成器的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、基于麥克風(fēng)陣列的寬帶波束形成技術(shù)在高性能音頻信號采集、聲源定位等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但麥克風(fēng)陣列往往會存在失配誤差,波束形成器的性能會下降,因此設(shè)計穩(wěn)健的寬帶波束形成器具有重要的意義。在基于凸優(yōu)化的穩(wěn)健遠場寬帶波束形成器設(shè)計中,目前對權(quán)值的白噪聲增益范數(shù)約束大小如何確定是一個關(guān)鍵問題,為此本文給出了凸優(yōu)化設(shè)計中對權(quán)值范數(shù)約束大小的公式推導(dǎo)。此外在某些特定應(yīng)用場景中,目標聲源信號是運動的,而常規(guī)的波束形成器每個波束指向下對應(yīng)相應(yīng)固定的權(quán)值

2、,改變波束指向需重新求解權(quán)值,很難實時迅速調(diào)整波束指向,基于此本文采用 Farrow結(jié)構(gòu)濾波器,研究了波束指向可調(diào)的頻率不變波束形成器(Frequency Invariant Beamformer,FIB)的穩(wěn)健設(shè)計。本文所做的工作主要包括以下幾點:
　　1、研究了遠場最差性能最優(yōu)化穩(wěn)健波束形成器設(shè)計方法。在該設(shè)計中,如何確定誤差參數(shù)是其中的關(guān)鍵。本文假設(shè)陣列存在幅度相位誤差、位置誤差或者同時存在這兩種誤差,并且已知誤差分布的最大

3、值,分別推導(dǎo)出誤差參數(shù)的下限,最后通過仿真實驗驗證了方法的有效性。該設(shè)計可以轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題,通過SeDuMi軟件包解出最優(yōu)的權(quán)值。
　　2、在實際應(yīng)用中,由于陣列同時存在最大誤差的概率較小,最差性能最優(yōu)化設(shè)計會對波束造成過約束問題,因而導(dǎo)致信號在通帶內(nèi)尤其是通帶邊緣處產(chǎn)生低通濾波,引起信號失真。為了解決該問題,研究了基于最差平均性能最優(yōu)化的穩(wěn)健設(shè)計方法。在該設(shè)計中,假設(shè)已知陣列誤差統(tǒng)計平均值的最大值,一一推導(dǎo)出誤差參數(shù)的下限。最

4、后通過仿真實驗與最差性能最優(yōu)化方法進行比較,該方法得到的波束形成器性能更優(yōu)。
　　3、為了實現(xiàn)波束指向能夠?qū)崟r迅速調(diào)整,研究了基于Farrow結(jié)構(gòu)的波束指向可調(diào)的寬帶波束形成器。在現(xiàn)有的基于最小二乘波束指向可調(diào)的穩(wěn)健波束形成器設(shè)計中,對于寬帶信號,會存在頻率不一致問題。為了解決該問題,我們添加SRV參量約束,設(shè)計了基于最小二乘的波束指向可調(diào)穩(wěn)健 FIB。最后將這兩種設(shè)計效果通過仿真進行了比較,結(jié)果表明基于最小二乘的寬帶穩(wěn)健FIB設(shè)