麦克风阵列波束形成设计问题的窗函数方法

发布时间：2020-10-31 10:15

　　 麦克风阵列在语音信号处理中扮演着重要角色,麦克风阵列的波束形成设计可以转化为一个半无限规划问题,其中有限脉冲响应(FIR)滤波器的系数向量是决策变量,目标函数是实际频率响应函数拟合到一个给定的目标频率响应函数.对它的求解需要离散化方法,然而随着离散点和滤波器长度的增长,这个问题将越发复杂.最优解的求解将变得非常困难.本文,提出了一种快速的窗函数方法对波束形成设计问题进行实时求解.本文研究的主要内容如下:第一部分为绪论,本章分别介绍了信号处理的原理和有限脉冲响应(FIR)滤波器的基本原理.然后介绍麦克风阵列的近场模型和远场模型.对波束形成问题具体的一些准则包括均方误差准则、最大误差准则、信噪比准则加以描述.第二部分考虑了近场及远场的麦克风阵列波束形成设计问题.首先是近场和远场麦克风阵列波束形成设计问题的建立,接下来,通过求解滤波器长度趋向于无穷时的极限值来得到最优目标函数值的下确界,并建立一系列特定的优化问题求解最优目标函数值的下确界,也即是性能极限值.最后通过两个数值例子验证此结论的正确性.第三部分考虑到了麦克风阵列的实时设计,提出了通过使用窗函数的方法来设计滤波器.首先,我们求出最佳频率响应函数,接着可以直接计算出最佳频率响应向量的无限长度系数向量.然后通过窗函数建立了一个极小极大的问题,快速求解得到FIR滤波器系数向量.由于吉布斯现象的存在,导致在频率的不连续点处会引起震荡,因此我们把系数做了一定的修正.最后通过四个数值例子验证了窗函数法的运算效率和有效性.第四部分主要是对本文的研究进行总结并对后续的研究工作作出展望.
【学位单位】：重庆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN641;TN713;O224
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 数字信号处理的基本原理
        1.2.1 数字信号处理流程
        1.2.2 FIR滤波器的原理
    1.3 麦克风阵列优化设计原理
        1.3.1 远场模型和近场模型
        1.3.2 设计FIR滤波器的最优化方法
2 最优解的性能分析
    2.1 远场麦克风阵列优化设计的性能分析
        2.1.1 远场麦克风波束形成设计问题
        2.1.2 最优解的性能分析
        2.1.3 数值例子
    2.2 近场麦克风阵列优化设计的性能分析
        2.2.1 近场麦克风波束形成设计问题
        2.2.2 最优解的性能分析
        2.2.3 数值例子
3 窗函数法设计波束形成器
    3.1 窗函数
    3.2 远场麦克风阵列波束形成设计问题的窗函数方法
        3.2.1 系数的修正
    3.3 数值例子
    3.4 近场麦克风阵列波束形成设计问题的窗函数法
    3.5 数值例子
4 结论及展望
参考文献
附录A:作者攻读硕士学位期间发表论文及科研情况
致谢

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘祥楼;王晓东;刘昭廷;刘瑞男;;基于半球型麦克风阵列的点声源定位系统智能检测前端设计与实现[J];电子设计工程;2017年05期

2 吴涛;王冬霞;郭庆龙;程宗明;;基于球麦克风阵列的语音增强方法[J];辽宁工业大学学报(自然科学版);2011年06期

3 林志斌;徐柏龄;;基于球麦克风阵列的三维空间多声源定位(英文)[J];南京大学学报(自然科学版);2006年04期

4 王汀洲;朱梦尧;吴修坤;;基于麦克风阵列的不一致性的校正[J];复旦学报(自然科学版);2018年03期

5 张奕;孟书杰;;针对头佩式麦克风阵列的声源定位算法研究[J];计算机工程与应用;2015年24期

6 薛志虎;李晓东;;正则化方法在相位麦克风阵列技术中的应用研究[J];工程热物理学报;2013年01期

7 黄颖;;基于麦克风阵列的便携式设备应用方案[J];硅谷;2012年02期

8 蒋婷;刘建平;张一闻;;基于多麦克风阵列的枪声定位算法研究[J];计算机应用与软件;2012年12期

9 穆瑞林;燕翔;闻思梦;衣继钊;;声像定位微型麦克风阵列的研究[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2018年06期

10 蔡卫平;黄印君;陆泽橼;;基于分布式麦克风阵列的声源定位算法[J];计算机应用与软件;2014年05期

相关博士学位论文 前7条

1 居太亮;基于麦克风阵列的声源定位算法研究[D];电子科技大学;2006年

2 林静然;基于麦克风阵列的语音增强算法研究[D];电子科技大学;2007年

3 束长干;基于麦克风阵列的室内声学定位关键技术研究[D];北京邮电大学;2016年

4 崔玮玮;基于麦克风阵列的声源定位与语音增强方法研究[D];清华大学;2009年

5 张丽艳;复杂环境下麦克风阵列语音增强方法研究[D];大连理工大学;2009年

6 张奕;复杂声学环境下的麦克风阵列语音定位研究[D];大连理工大学;2009年

7 张尚斌;列车轴承轨边声学诊断中故障声谱识别的时变阵列分析技术研究[D];中国科学技术大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 宁培培;基于麦克风阵列的机械故障诊断研究[D];电子科技大学;2019年

2 覃虹菱;基于声学脉冲响应的麦克风阵列室内几何重构关键技术研究[D];桂林电子科技大学;2019年

3 王晓雪;麦克风阵列的语音增强算法研究[D];杭州电子科技大学;2019年

4 王义圆;基于麦克风阵列的目标探测与信号增强技术研究[D];电子科技大学;2019年

5 王贤祥;麦克风阵列广义旁瓣消除及后置滤波算法研究[D];重庆邮电大学;2018年

6 李丹;麦克风阵列波束形成设计问题的窗函数方法[D];重庆师范大学;2019年

7 肖梅;宽带波束形成问题的光滑过渡带设计[D];重庆师范大学;2019年

8 谭小芬;宽频波束形成设计的活动约束点逼近方法[D];重庆师范大学;2019年

9 李剑汶;面向人机交互的麦克风阵列语音增强及系统实现[D];厦门大学;2018年

10 邓承韵;基于麦克风阵列的语音分离算法研究[D];北京邮电大学;2019年

本文编号：2863815