基于鲁棒波束形成的麦克风阵列系统

为了提高噪声消除的鲁棒性,传统的通用旁瓣消除器采用固定波束形成作为输出的系数约束自适应滤波器,采用CCAF的输出作为输入的标准约束自适应滤波器.此系统的跟踪性能随信号频率变化而改变,并且由于波束带宽的影响使得目标语音在低频发生畸变.采用优化波束形成方法来得到较宽的带宽,对输出进行后滤波处理来消除残余噪声.试验表明本方法可明显提高语音信噪比.     

麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成算法

在实际应用中,频率不变波束形成器通常受到麦克风阵列失配误差的影响,因此提高频率不变波束形成器的鲁棒性具有重要意义。针对上述问题提出了一种约束优化模型,可以在保持频率不变波束形成的同时提高阵列的鲁棒性。首先设计目标波束图,考虑到差分麦克风阵列本身具有频率不变的波束图,选用传统二阶超心型差分麦克风波束图做为目标波束图。上述模型以麦克风阵列权矢量的二范数作为目标函数来最大化鲁棒性,在无失真约束,目标波束主瓣逼近约束以及旁瓣增益精准控制约束下实现频率不变。然后在交替方向乘子法算法框架下,将优化问题分解为多个优化子问题求解,然后对每个优化子问题分别求解,通过仿真验证了在交替方向乘子法算法下上述模型的可行性与有效性,最终达到了麦克风阵列鲁棒频率不变波束响应的效果。     

圆形平面麦克风阵列构型的优化设计方法

提出利用遗传算法来优化设计圆形麦克风阵列构型。构造了兼顾主瓣宽度和最大旁瓣增益的目标函数,使得两者之间有着较好折中。考虑到实用性,将圆形面板划分为1 cm×1 cm的方格,坐标只能在方格中心取值,确保优化阵列构型是可实现的。设计了选择、交叉和变异等操作的解决方案,保证整个算法可行。仿真结果表明:优化算法可以得到合适的阵列构型,相对于规则型阵列,这种优化阵列构型在主瓣宽度和最大旁瓣增益控制方面有着明显优势。     

基于波束形成与SSA的多麦克风噪声消除

提出一种基于波束形成技术与信号子空间滤波器的多麦克风噪声消除方法。利用波束形成器的空域滤波特性,使波束主瓣对准期望信号方向,零陷对准噪声方向,消除观察信号中弱相关与不相关噪声。利用信号子空间滤波器进一步消除波束形成器输出信号中的残余噪声。实验采用NOISEX92语音库,结果表明该方法具有较低的算法复杂度,有效降低了背景噪声。     

稀疏阵列的波束形成与控制方法

首先从信号与信息处理的角度阐述了波束形成所要解决的技术问题和波束形成的理论优势和方法局限,并对传统的基于空域波形采样的波束形成技术进行了再思考。其次,分析了稀疏阵列的布阵特点对波束形成技术的挑战,给出了空域、时域、频域分布式相参信号处理等关键技术及其理论性能的分析与比较结果,并利用实例分析了空、时、频协同采样克服低维欠采样模糊的可行性。最后分析了在实际应用中遇到的一些非理想因素对稀疏阵列波束形成与控制的影响及其解决方法。     

自适应波束形成的神经网络方法

本文回顾了次元分析(MCA)神经网络算法的一些研究结果,并将其用于自适应波束形成。自适应波束形成或称自适应空间滤波,是通过一个感知器阵列接收空间传播的信号并处理它们,其目的是自适应地加强某个方向的信号。现有的波束形成自适应算法郝有一定不足,基于优化有约束的能量函数,本文提出了新的用于自适应波束形成的MCA神经网络学习算法,该算法是全局收敛的。实验结果验证了本文的理论,以及说明了本文算法的实用性和有效性。     

时域解析信号的MVDR自适应波束形成方法

针对频域最小方差无失真响应(MVDR)方法在源方位快速变化情况下稳定性差的问题,提出了一种基于时域解析信号的MVDR自适应波束形成方法TAMVDR(Time-domain Aanlysis MVDR).在构造时域解析信号的基础上,TAMVDR通过对每一路时域解析信号引入复权,利用期望方向的输出响应不变的约束使阵列输出功率最小.在一次快拍条件下,TAMVDR即可获得最优解.仿真及试验数据处理结果表明,在目标方位快速变化条件下,TAMVDR的信号检测和方位分辨性能明显优于频域MVDR方法,且计算量较小.     

基于改进遗传算法的波束形成方法

研究传感器阵列信号优化问题,针对传统的简单遗传算法应用于传感器阵列的波束形成时,存在收敛速度慢和计算结果稳定性低的问题,提出了一种基于改进遗传算法的波束形成优化方法。算法对简单遗传算法的初始种群生成、适应度函数、交叉算子和异化算子等多个要素进行了改进,并融入了自适应技术。将改进的遗传算法应用于波束形成,并进行了仿真。仿真结果证明,有效地提高了收敛速度和计算结果的稳定性。证明改进遗传算的波束形成方法,获得了比原始方法旁瓣级更低的波束图,波束形成的性能更优。     

时域和频域宽带数字波束形成方法研究

为了进一步体现数字波束形成系统的优越性,讨论了宽带数字波束形成(DBF)系统,包括时域波束形成和频域波束形成2种方法,通过设计实例,给出了2种方法的性能比较。理论分析与仿真结果表明:时域方法降低了数据存储量及计算复杂度,而频域方法更具备通用性,适用于并行多波束系统。     

频域宽带阵列波束形成技术优化设计

为提高宽带相控阵系统的波束合成性能,该文针对宽带相控阵系统中的延时补偿问题,采用频域宽带阵列波束形成的方法,分析了宽带相控阵中应用交叠FFT进行时延补偿的原理和误差造成的原因;基于一个接收信号带宽为600MHz的64阵元的宽带相控阵系统,研究了子阵规模、FFT点数、交叠率、位宽、采样率等交叠FFT参数对延时精度、信号保真度和波束性能的影响,在满足工程应用的要求的同时对频域宽带阵列波束合成技术进行了优化;经研究确定子阵规模不超过9个天线阵元、FFT点数不小于512、交叠率不小于1/16、位宽不小于采用12bit时可以达到指标的要求,为交叠FFT方法应用在实际工程中提供了依据与参考,并使其工程实现复杂度降低。     

对消除入射信号偏差的鲁棒性波束成形方法的改

消除入射信号信号偏差的波束成形方法目前已经有多种研究解决方案.有一种自适应鲁棒性波束成型方法,引导向量的误差表示为空间中的多面体.本文则将方差空间表达为更为广泛的空间椭球体并进行数学推导,该方法减少了待估参数数目,具有更佳的性能.仿真结果也表明了本方法的优越性.     

基于FFT的矩形阵波束形成算法

为提高矩形阵的波束形成算法的效率,在波束形成中引入了快速傅立叶变化.基于快速傅立叶变换,将阵所接收的数据从时域变换到频域,通过对相位进行均分,使数据在空间域上进行排序重组,再次利用快速傅立叶变换从空间域转化到波数域上,经过相位修正形成波束图.仿真实验表明,随着阵元数增大,采用快速傅立叶变换能有效降低运算量,提高运算速度,降低对硬件的要求,易于工程实现.     

六角形阵快速傅立叶变换波束形成算法

在六角形阵阵元数较多时,传统的频域相移求和波束形成方法要求的运算量很大.为此提出一种采用六角形快速傅立叶变换HFFT(Hexagonal Fast Fourier Transform)的波束形成算法.使用六角形傅立叶变换HDFT(Hexagonal Discrete Fourier Transform)完成六角形阵的波束形成,由于HDFT存在快速算法HFFT,因此能够显著降低波束形成的运算量.首先在各个通道上做FFT,将信号变换到频域,然后转角重排,再对各个阵元上相同的频点做HFFT,得到频域常规波束形成输出.理论分析表明,对于窄带信号的六角形阵波束形成,所提出的算法所需的计算量比传统的相移求和方法降低了95%以上.仿真和试验结果表明,提出的算法在不影响阵列处理性能的同时,显著降低了波束形成所需的计算量,易于工程实现.     

一种空时联合的自适应波束形成算法

为了进一步提高传统最优空时滤波算法的性能,提出了一种新的空时联合的自适应波束形成算法。在给出算法的信号模型和算法原理的基础上,详细地阐述了该算法实现空时联合自适应滤波的机理,然后利用计算机仿真较全面地分析和比较了算法的性能。理论分析和仿真结果表明,该算法在提高输出信干噪比和削弱指向误差影响等方面明显优于传统的最优空时滤波方法。     

高精度波束形成的相控阵超声系统研究

为深入研究管道环焊缝缺陷特性,需要相控阵检测系统提供完全控制激励信号参数和获得接收回波信号的特性,针对该问题设计了32个模拟通道,可接入128个阵元,数字化频率达到125 Msample/s的相控阵超声检测系统.采用流水线式延时实现小数倍延时,脉冲发射延时精度为2.5 ns;使用Master-Slave结构的管理方式,在硬件上合理分配资源,对回波数据进行线性插值,同时根据脉冲的延时方案对各通道的插值数据进行存储,实现高精度数字波束形成.使用Hilbert变换提取形成波束在FIR滤波器滤波前后的包络,得到滤波后信噪比提高了9.4 dB.对标准试块进行缺陷检测实验,实验表明在深度上缺陷定位的相对误差为1.7%,相对于现有系统检测精度提高了接近2倍.     

近场相干声源三维定位MUSIC算法

近场环境下传统多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法无法对相干声源进行三维位置估计,针对该问题论文提出了一种近场相干声源三维定位算法.首先建立了近场球面波信号接收模型,其次结合空间平滑算法和修正MUSIC算法将矩形阵列分割成数个子阵列,对其协方差矩阵和求复共轭并左右...     

基于真延时的时控阵雷达波束形成方法

提出一种基于真延时的时控阵雷达方案,并给出时控阵雷达波束形成方法。该方法对信号带宽内所有频率分量实现波程差精确补偿,实现阵元回波的精确延时,解决了宽带相控阵雷达孔径渡越和频率色散的问题。文中以宽带线性调频信号为例进行了仿真。仿真结果表明,基于真延时的宽带时控阵不存在宽带相控阵的孔径渡越和频率色散的问题,提高了宽带阵列的天线增益、方位分辨率和距离分辨率。基于真延时的时控阵雷达波束形成技术对调制信号波形没有要求,可用于各种宽带和超宽带雷达。     

基于听觉感知特性的信号子空间麦克风阵列语音增强算法

针对麦克风阵列信号子空间语音增强算法的不足, 结合人耳的听觉掩蔽效应, 提出了改进的信号子空间算法. 提出了通过置信度判断来确定噪声子空间维度的方法, 在噪声子空间上, 通过条件概率的方法估计出噪声功率谱. 在此基础上, 结合人耳的听觉掩蔽效应给出了线性滤波器的一种合理估计. 实验结果表明所提的方法相对于传统算法, 更有效地抑制了噪声, 在多项语音质量评价指标上都有明显的改进.     

一种新的应用于5G中的自适应波束赋形优化算法

5G standard uses millimeter wave band to realize communication. In order to cover more reasonable in 5G communicationsystem, beamforming technology must be adopted. To speed up the convergence, a novel algorithm based on the SWO criterion isproposed which can be applied in millimeter wave communication. The simulation results show that compared with other beamform-ing algorithms, the proposed algorithm can achieve higher convergence speed and is more realizable.