宽带频率不变波束形成算法研究
发布时间：2020-08-26 18:26
【摘要】：由于宽带信号具备携带目标信息量大、混响相关性弱、有利于目标检测及信号参数估计与目标提取等诸多独到之处,所以宽带信号处理研究成为信号处理领域中的重要研究方向,宽带波束形成技术成为阵列信号处理领域内的一个研究热门,广泛应用在通讯、声纳、雷达等领域。本文在分析、总结国内外研究的基础上,针对宽带信号处理问题,详细讨论了宽带波束形成,深入研究了宽带频率不变波束形成技术。主要内容包括:1、首先详细介绍几种常用的宽带波束形成算法,然后基于宽带波束形成算法提出具有维纳后置滤波的最小二乘波束形成混响抑制算法。该算法将混响后的语音信号分为直达部分和混响部分得到维纳后置滤波器增益估计;针对语音信号在低频部分噪声相干性较强,利用最小二乘波束形成算法进行分频处理,最后求解最优权值。2、为了达到信号无失真传输的目的,使得阵列响应不受信号频率变化的影响,研究宽带频率不变波束形成,主要包括:LCMV-FIB和LS-FIB,对以上2种算法进行理论分析、最优权值公式推导和计算机MATLAB仿真。重点介绍了基于FIR滤波器的频率不变波束形成算法,该算法利用FIR滤波器阵列属性和麦克风均匀线阵列的对称属性,确定算法的频率不变范围并得到近似恒定波束宽度的阵列响应;针对相邻截止频率之间波束宽度的波动较大问题,设计了参考波束并利用最小二乘法获得最优权值;最后将最优加权值进行归一化,获得了均匀增益。3、典型的瞬态干扰,如敲门声和键盘敲击,具有时间短、频域广泛分布,突发性等特点。本文中提出了一种基于对数谱估计的LCMV-FIB语音增强算法,用来抑制瞬态干扰和伪平稳背景噪声。该算法包括两个阶段:第一阶段,利用LCMV-FIB算法无失真接收语音信号并对语音信号进行空域滤波;第二个阶段,利用优化修正对数谱估计算法抑制与理想信号来自同一方向的残余噪声,达到语音增强的目的。仿真波形图和语音质量评价指标表明该算法具有较好的鲁棒性,对瞬态干扰和背景噪声能够有效抑制,达到语音增强的目的。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN911.7
【图文】：
－＞ｔ逡逑ａ｛０）邋—邋１邋ｅｘｐ（－ｙ２＾ｒ—邋ｓｉｎ（９）邋？？？邋ｅｘｐ（－７＇２＾ｒ（Ａ／－ｌ）ｙｓｉｎ＾）逦（２．２）逡逑图２．４中，坐标系的原点０在阵列的中心即圆心，信源的俯角６？为原点到信源的连逡逑线与２轴之间的夹角，方位角０则是原点到信源的连线在ｘ－ｙ平面上的投影与ｘ轴的之逡逑间夹角。逡逑方向矢量ｆｌ（久的是ＤＯＡ为（氏妁的阵列响应，ａ（久妁可表示为逡逑ｅｘｐ（＿／２；ｒｉ？邋ｓｉｎ邋汐邋ｃｏｓ（０邋—邋ｆ０）邋／邋Ａ）逡逑？炉咱＿—－Ｗ以）逦（２．３）逡逑ｅｘｐ（￣７邋２＾＊７？邋ｓｉｎ邋Ｇ邋ｃｏｓ（＾邋－邋ｙＭ＿ｘ）邋／１）逡逑式中？？邋／ｍ＝２；ｒｍ／Ｍ邋（ｍ邋＝邋０，ｌ，．“，Ｍ－ｌ）；邋７？为圆阵半径。逡逑ｎ：逦声源逡逑图２．４均匀圆阵逡逑任意阵列：假设Ｍ元阵列位于三维空间，设阵列中第ｍ个传感器的位置为逡逑Ｕ？Ｕ，Ｊ，则逡逑１逡逑ａ｛Ｑ邋＾邋＝邋ｅｘｐ（－７２＾（ｘ２邋ｓｉｎ邋０ｋ邋ｃｏｓ邋（ｆ＞ｋ邋＋邋ｓｉｎ邋９ｋ邋ｓｉｎ邋＜／＞ｋ邋＋邋ｚ２邋ｃｏｓ邋＜／＞ｋ）邋／邋Ａ）逦ｅ。偏（２邋４邋）逡逑Ｑｘｐ（－ｊ２７ｒ（ｘＭ邋ｓｉｎ邋６ｋ邋ｃｏｓ邋（ｊ）ｋ邋＋邋ｙＭ邋ｓｉｎ邋９ｋ邋ｓｉｎ邋（ｊ＞ｋ邋＋邋ｚＭ邋ｃｏｓ邋（ｆ）ｋ）邋／邋Ａ）逡逑９逡逑
ＬＭＳ算法的优点：结构简单、算法复杂度低、稳定性高、容易实现；缺点主要是逡逑收敛速度慢，因而应用受到限制。逡逑考虑均匀线阵阵元数目分别为８、１２阵元，阵元间距为０．０５邋ｍ，波束图仿真如图２．６逡逑所示。仿真结果表明：１２阵元波束图的波束宽度比８阵元的窄。说明随着阵元数量的增逡逑加，波束宽度变窄，波束形成器分辨力提高。逡逑１４逡逑
呭义襄危慑危慑危欤椋簦哄危椋殄危殄五义希铮蹂义希保埃板危福板危叮板危矗板危玻板危板危玻板危矗板危叮板危福板危保埃板义戏较蚪清义贤迹玻墩罅邢煊﹀义希玻玻舱蹋茫停植ㄊ纬慑义希玻玻玻彼惴ㄔ礤义显谧允视Σㄊ纬杉际踔校蹋茫停质且恢直冉铣Ｓ玫乃惴ǎ鼙Ｖざ云谕藕欧藉义舷蛟鲆嬉欢ㄖ档奶跫拢扑阕钣湃ㄊ噶渴拐罅惺涑龉β首钚。虼烁盟惴ㄐ枰雷煎义先返钠谕藕藕透扇判藕诺模模埃磷魑际郏常梗荨Ｈ绻阎藕诺牡酱锝呛痛矸段В清义厦纯梢韵榷哉罅薪邮帐萁惺毖硬钩ィ拐罅卸孕藕诺慕邮毡３忠恢滦裕缓蠖哉罅绣义舷凳考釉际跫宰允视Φ厥共ㄊ纬善魇涑瞿芰课逡裕
本文编号：2805534
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN911.7
【图文】：
－＞ｔ逡逑ａ｛０）邋—邋１邋ｅｘｐ（－ｙ２＾ｒ—邋ｓｉｎ（９）邋？？？邋ｅｘｐ（－７＇２＾ｒ（Ａ／－ｌ）ｙｓｉｎ＾）逦（２．２）逡逑图２．４中，坐标系的原点０在阵列的中心即圆心，信源的俯角６？为原点到信源的连逡逑线与２轴之间的夹角，方位角０则是原点到信源的连线在ｘ－ｙ平面上的投影与ｘ轴的之逡逑间夹角。逡逑方向矢量ｆｌ（久的是ＤＯＡ为（氏妁的阵列响应，ａ（久妁可表示为逡逑ｅｘｐ（＿／２；ｒｉ？邋ｓｉｎ邋汐邋ｃｏｓ（０邋—邋ｆ０）邋／邋Ａ）逡逑？炉咱＿—－Ｗ以）逦（２．３）逡逑ｅｘｐ（￣７邋２＾＊７？邋ｓｉｎ邋Ｇ邋ｃｏｓ（＾邋－邋ｙＭ＿ｘ）邋／１）逡逑式中？？邋／ｍ＝２；ｒｍ／Ｍ邋（ｍ邋＝邋０，ｌ，．“，Ｍ－ｌ）；邋７？为圆阵半径。逡逑ｎ：逦声源逡逑图２．４均匀圆阵逡逑任意阵列：假设Ｍ元阵列位于三维空间，设阵列中第ｍ个传感器的位置为逡逑Ｕ？Ｕ，Ｊ，则逡逑１逡逑ａ｛Ｑ邋＾邋＝邋ｅｘｐ（－７２＾（ｘ２邋ｓｉｎ邋０ｋ邋ｃｏｓ邋（ｆ＞ｋ邋＋邋ｓｉｎ邋９ｋ邋ｓｉｎ邋＜／＞ｋ邋＋邋ｚ２邋ｃｏｓ邋＜／＞ｋ）邋／邋Ａ）逦ｅ。偏（２邋４邋）逡逑Ｑｘｐ（－ｊ２７ｒ（ｘＭ邋ｓｉｎ邋６ｋ邋ｃｏｓ邋（ｊ）ｋ邋＋邋ｙＭ邋ｓｉｎ邋９ｋ邋ｓｉｎ邋（ｊ＞ｋ邋＋邋ｚＭ邋ｃｏｓ邋（ｆ）ｋ）邋／邋Ａ）逡逑９逡逑
ＬＭＳ算法的优点：结构简单、算法复杂度低、稳定性高、容易实现；缺点主要是逡逑收敛速度慢，因而应用受到限制。逡逑考虑均匀线阵阵元数目分别为８、１２阵元，阵元间距为０．０５邋ｍ，波束图仿真如图２．６逡逑所示。仿真结果表明：１２阵元波束图的波束宽度比８阵元的窄。说明随着阵元数量的增逡逑加，波束宽度变窄，波束形成器分辨力提高。逡逑１４逡逑
呭义襄危慑危慑危欤椋簦哄危椋殄危殄五义希铮蹂义希保埃板危福板危叮板危矗板危玻板危板危玻板危矗板危叮板危福板危保埃板义戏较蚪清义贤迹玻墩罅邢煊﹀义希玻玻舱蹋茫停植ㄊ纬慑义希玻玻玻彼惴ㄔ礤义显谧允视Σㄊ纬杉际踔校蹋茫停质且恢直冉铣Ｓ玫乃惴ǎ鼙Ｖざ云谕藕欧藉义舷蛟鲆嬉欢ㄖ档奶跫拢扑阕钣湃ㄊ噶渴拐罅惺涑龉β首钚。虼烁盟惴ㄐ枰雷煎义先返钠谕藕藕透扇判藕诺模模埃磷魑际郏常梗荨Ｈ绻阎藕诺牡酱锝呛痛矸段В清义厦纯梢韵榷哉罅薪邮帐萁惺毖硬钩ィ拐罅卸孕藕诺慕邮毡３忠恢滦裕缓蠖哉罅绣义舷凳考釉际跫宰允视Φ厥共ㄊ纬善魇涑瞿芰课逡裕
本文编号：2805534
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/2805534.html
