[发明专利]基于FIR滤波器的恒定束宽波束形成方法

说明书

本发明公开一种基于FIR滤波器的恒定束宽波束形成方法，麦克风阵列的接收信号f(t,x)＝[f(t,x₀),…,f(t,x_m),…,f(t,x_M‑1)]^T经过波束形成方法处理得到输出信号：其中，f(t,x)表示t时刻位置为x处麦克风阵列的采样信号，()^T表示矩阵转置，m表示麦克风索引，m＝0,1,…,M‑1，M表示麦克风阵元数目，x_m表示第m个麦克风对应的阵元位置，x＝[x₀,…,x_m,…,x_M‑1]；N表示每个麦克风后所接的FIR滤波器阶数，表示第m个麦克风后接n阶FIR滤波器系数，上标*表示取共轭，T_s表示相邻滤波器之间的延迟。辞职方法可使阵列在主瓣宽度内对不同频率的输入信号具有相同的空间响应，利用FIR滤波器阵列和麦克风均匀线阵的对称属性，设计具有近似恒定束宽和较低旁瓣阵列响应的波束形成器。

技术领域

本发明涉及一种基于FIR滤波器的恒定束宽波束形成方法。

背景技术

通信系统中宽带信号所携带的信息量与窄带信号相比更为丰富，对宽带信号进行处理更有利于实现对目标的检测、参数估计和提取等。由于宽带信号中含有不同成分频率分量，若采用传统窄带波束形成技术，会导致阵列输出信号失真，且信号带宽越宽，失真越严重。故将恒定束宽波束形成技术应用于宽带阵列信号处理中，尽可能无失真地接收信号，已经成为宽带阵列信号处理中的研究热点并广泛用于视频会议、语音处理和水下通信等领域。

恒定束宽波束形成是指宽带信号通过某一特定的传感器阵列之后，使波束图的主瓣宽度在设计范围内保持相对恒定，有效地解决宽带波束形成频率不一致的问题。根据传感器阵列宽带信号模型，影响波束图的主要因素有阵元数目和各阵元的加权系数。在各种传统波束形成算法中，Capon波束形成、阻塞矩阵波束形成等，没有提供足够的恒定波束宽度并且参数失配灵敏度较低和鲁棒性较差；而最小方差无失真响应(Minimum VarianceDistortionless Response，MVDR)、线性约束最小方差(Linearly Constrained MinimumVariance，LCMV)、加权最小二乘(Weighted Least Squares，WLS)等稳健波束形成算法，虽然提高了波束形成算法的鲁棒性，但仍不具有理想的恒定波束宽度。利用波束响应与FIR(Finite Impulse Response，FIR)滤波器阵列之间关系设计的恒定束宽波束形成器，提高了波束形成器的恒定束宽特性。

通过以上分析，针对宽带信号中不同频率分量所对应的增量不同导致阵列接收信号产生失真的问题，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于FIR滤波器的恒定束宽波束形成方法，其可使阵列在主瓣宽度内对不同频率的输入信号具有相同的空间响应，利用FIR滤波器阵列和麦克风均匀线阵的对称属性，设计具有近似恒定束宽和较低旁瓣阵列响应的波束形成器。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于FIR滤波器的恒定束宽波束形成方法，麦克风阵列的接收信号f(t,x)＝[f(t,x₀),…,f(t,x_m),…,f(t,x_M-1)]^T经过波束形成方法处理得到输出信号：其中，f(t,x)表示t时刻位置为x处麦克风阵列的采样信号，()^T表示矩阵转置，m表示麦克风索引，m＝0,1,…,M-1，M表示麦克风阵元数目，x_m表示第m个麦克风对应的阵元位置，x＝[x₀,…,x_m,…,x_M-1]；N表示每个麦克风后所接的FIR滤波器阶数，表示第m个麦克风后接n阶FIR滤波器系数，上标*表示取共轭，T_s表示相邻滤波器之间的延迟