基于抽头稀疏化的最小二乘频率不变波束形成器设计.pdf

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1、第29卷第2期数据采集与处理V0L29No．22014年3月JournalofDataAcquisitionandProcessingMar．2O14文章编号：10049037(2014)O2一O191一O7基于抽头稀疏化的最小二乘频率不变波束形成器设计陈华伟王天南张峰何赛娟(1．南京航空航天大学电子信息工程学院，南京，210016；2．南京大学近代声学教育部重点实验室，南京，210093)摘要：频率不变波束形成器(Frequency-invariantbeamformer，FIB)在宽带声信号的无失真采集和处理中具有重要应用

2、。基于空间响应变化函数的最小二乘方法是近年来FIB设计中的代表性方法，本文研究表明该方法的性能受频率不变波束形成(Finiteimpulseresponse，FIR)滤波器抽头长度的影响，增大抽头的长度可有效提高FIB设计的性能。但随滤波器抽头长度的增大，波束形成器的实现复杂度亦变大。针对这一问题，本文提出了一种基于FIR滤波器抽头稀疏化的最小二乘FIB设计方法，利用信号稀疏表示理论中的迭代加权z范数优化实现了低复杂度最小二乘FIB设计，并通过设计实例验证了所提方法的有效性。关键词：频率不变波束形成；抽头稀疏化；￡范数优化；最

3、小二乘中图分类号：TN9l1．7文献标志码：ALeastSquareApproachtoDesignofFrequencyInvariantBeamformerswithSparseTapCoefficientsChenHuawei～，WangTiannan，ZhangFeng，HeSaijuan(1．CollegeofElectronicandInformationEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing，210016，China；2．

4、KeyLaboratoryofModernAcousticsofMOE，NanjingUniversity，Nanjing，210093，China)Abstract：Thefrequencyinvariantbeamformer(FIB)isofgreatinterestinpracticefordistor—tionlessbroadbandaudiosignalacquisitionandprocessing．Oneoftherepresentativeapproa—chesrecentlyproposedforFIBd

5、esignistheleastsquaresmethodbasedonthespatialresponsevariation(LS—SRV)．ItisnotedthattheperformanceoftheLS—SRVisdependentonthetaplengthoffiniteimpulseresponse(FIR)．ByincreasingtheFIRtaplength，theFIBperform—ancecanbeeffectivelyimproved．However，thisisatthecostofgreater

6、implementationcorn—plexity．Tocombatthisproblem，animproveddesignschemewithsparseFIRtapcoefficientsisproposed．Theproposedapproachisbasedontheiterativereweightedminimizationfromsig—nalsparserepresentation．Theefficacyoftheproposedapproachisevaluatedbydesignexam—ples．Key

7、words：frequencyinvariantbeamformers；sparsetapcoefficients；Z1一minimization；leastSqUares理信号的频带宽度不同，波束形成器可分为窄带和引目宽带波束形成器两大类。对于音频和语音信号的采集和处理，常采用宽带波束形成器_2]。经典的宽波束形成技术是阵列信号处理研究中的一个带波束形成器采用的是延迟求和结构，其缺点是波重要方向，已广泛应用于雷达、声呐、生物医学工束形成器的主瓣宽度受频率影响，且随频率的增程、以及音频和语音信号处理等领域。依据所处大，波束形成

8、器的主瓣宽度变窄。由此带来的问题基金项目：国家自然科学基金(61001150)资助项目；教育部留学回国人员科研启动基金资助项目；中央高校基本科研业务费(NS2014041)资助项目。收稿日期：2013—1127；修订日期：2014—0卜1O192数据采集与处理第29卷是，当声