[发明专利]一种基于子阵划分的鲁棒自适应波束形成定向拾音方法

说明书

本发明公开了一种基于子阵划分的鲁棒自适应波束形成定向拾音方法，该方法包括：对均匀面阵列接收的时域信号进行短时傅立叶变换，得到频域信号；对均匀面阵列按照均匀有重叠阵元的方式得到若干个子阵；对每个子阵的频域信号使用延时求和波束形成器；依据延时求和波束形成器的输出结果，进行DOA估计，判断当前帧是否有目标信号，并进行DOA信息标记；使用MVDR波束形成算法对各个子阵的输出信号进行预增强，得到预增强结果；根据DOA信息标记结果及预增强结果，进行迭代处理，得到估计噪声协方差矩阵；依选取KP形成器的两个虚拟子阵，分别使用自适应波束形成，采用虚拟子阵相互迭代的方式计算得到权系数，进而得到最终的波束形成输出。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种基于子阵划分的鲁棒自适应波束形成定向拾音方法。

背景技术

大型传声器阵列具有阵元多、孔径大等特点，这些特点在一定程度上有利于提升波束形成器提取远场目标信号及抑制干扰的能力。然而对于数据驱动型自适应波束 形成器，传声器个数的增加会导致协方差矩阵维度增大，而准确估计噪声协方差矩阵 所需要的快拍数至少为维度(即传声器数目)的两倍。当快拍数较少时，协方差矩阵 会出现奇异，导致自适应波束形成算法的性能大幅下降。同时，更高维的协方差矩阵 求逆需要大量的计算资源，增加了系统的存储量和运算量。因此，如何降低运算复杂 度，同时利用较少的快拍数实现鲁棒的波束形成器，是亟待研究的问题。

根据波束形成器系数是否依赖数据本身，常用的大型传声器阵列波束形成器可以分为固定波束形成器和自适应波束形成器。常用的固定波束形成器有延时求和波 束形成器(Delay and Sum Beamformer,DSB)、超指向波束形成器(SuperdirectiveBeamformer,SDB)、Dolph-Chebyshev波束形成器等。自适应波束形成器包括最小方 差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成器、线性约 束最小方差(Linearly Constrained minimum variance,LCMV)波束形成器、广义旁瓣消 除(Generalized Sidelobe Canceller,GSC)波束形成器、广义特征值分解(GeneralizedEigenvalue,GEV)波束形成器等。一般情况下，固定波束形成器运算量低、鲁棒性高， 但噪声与干扰的抑制能力有限；自适应波束形成器对干扰声源有较强的抑制能力，但 也存在运算量大、鲁棒性不佳等问题。特别是当声源到传声器的导向矢量估计出现偏 差、快拍数较少、或者估计的噪声协方差矩阵中混有一部分目标语音时，都有可能会 造成“自消”现象，导致目标信号被抑制出现失真。针对上述问题，本领域技术人员 提出了经典的对角加载方法。以及在传声器阵列中使用克罗内科积(Kronecker Product, KP)波束形成方法提高自适应波束形成器的鲁棒性，但该方法在计算过程中仍无法降 低协方差矩阵的维度。实际应用中，特别是在传声器数目较多的大型阵列系统中，当 快拍数相较于大型传声器阵列的阵元数较少时，上述波束形成器的鲁棒性依然较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种基于子阵划分的鲁棒自适应波束形成定向拾音方法。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于子阵划分的鲁棒自适应波束形成定向拾音方法，所述方法包括：

对均匀面阵列接收的时域信号进行短时傅立叶变换，得到频域信号；

对均匀面阵列按照均匀有重叠阵元的方式进行子阵划分，得到若干个子阵；

对每个子阵的频域信号使用延时求和波束形成器，得到各个子阵的输出信号；

依据延时求和波束形成器的输出信号，进行DOA估计，判断当前帧是否有目标 信号，并进行DOA信息标记；

使用MVDR波束形成算法对各个子阵的输出信号进行预增强，得到预增强结果；