[发明专利]近场线性约束最小方差自适应加权频率不变波束形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种近场线性约束最小方差自适应加权频率不变波束形成方法，属于麦克风阵列波束形成技术领域。

背景技术

麦克风阵列波束形成技术源于阵列天线波束形成的思想。为了提高的阵列输出性能，许多的经典波束形成方法相继提出。

传统的线性约束最小方差波束形成方法是使阵列天线方向图的主瓣指向期望信号方向，而且使其零陷对准干扰信号方向，以提高阵列输出所需信号的强度并减小干扰信号的强度，从而提高阵列的输出性能。然而，该方法主要是用来设计窄带天线波束形成方法权矢量的，不适合用于设计麦克风阵列宽带波束形成方法权矢量。如果用传统的线性约束最小方差波束形成方法来处理麦克风阵列宽带波束形成问题，会造成波束形成所得到的波束主瓣随频率的不同而发生畸变，也就是说，不同频率的波束形状是不一样的，不具有宽带频率不变性。

为了实现宽带频率不变波束形成，学者们做了一些尝试，其中，二阶锥规划方法可用来实现均匀的麦克风线性阵列的远场宽带频率不变波束形成，但权矢量的求解没有闭式解，获得优化权矢量所需更新的次数多、计算量大。对于远场，麦克风阵列接收的单源声波是平面波；而对于近场，麦克风阵列接收的单源声波是球面波。如果用远场宽带波束形成方法来处理近场波束形成问题会带来严重的波束性能损失，这是必需避免的。因此，很有必要研究近场条件下球面声波的宽带频率不变波束形成问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种近场线性约束最小方差自适应加权频率不变波束形成方法，以有效解决麦克风阵列近场球面波波束形成宽带频率不变性问题，是一种适用于任意阵列结构的波束形成方法。该方法首先是在近场球面波的模型下采用线性约束最小方差准则来设计宽带波束形方法；然后通过对麦克风阵列空间响应函数在指定的宽带频段和位置范围施加约束，以控制近场阵列响应的频率不变特性。本发明方法在多通道语音增强、人机语音交互系统、助听器、车载免提语音通信、远程电视会议系统以及机器人听觉等诸多领域具有广泛的应用。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种近场线性约束最小方差自适应加权频率不变波束形成方法，麦克风阵列的接收信号x(k)经过宽带自适应波束形成器得到频率不变波束y(k)，y(k)＝w^Hx(k)，其中，H表示共轭转置，w＝[w₁₁,…,w_M1,…,w_1L,…,w_ML]^T是麦克风阵列响应的权矢量，w_ML表示第M个麦克风通道第L个的权系数，T表示转置，k表示时间序列；x_ML(k)表示第M个麦克风通道第L个的接收信号，且x(k)＝[x₁₁(k),…x_M1(k),…,x_1L(k),…,x_ML(k)]^T；