麥克風(fēng)算法仿真及實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建

1、麥克風(fēng)算法仿真及平臺(tái)搭建基礎(chǔ)知識(shí)1.1陣列信號(hào)系統(tǒng)模型123M-1 M圖1.1：麥克風(fēng)等間距線陣示意圖我們考慮等間距擺放的麥克風(fēng)線性陣列，其示意圖見(jiàn)圖1.1?？?慮到語(yǔ)音信號(hào)為寬帶信號(hào)，我們?cè)谡瓗盘?hào)模型的基礎(chǔ)上，引出寬帶 信號(hào)模型。窄帶信號(hào)模型在信號(hào)處理中，窄帶信號(hào)與寬帶信號(hào)是相對(duì)而言的。設(shè)信號(hào)s(t)的 帶寬為B，中心頻率為f。，若信號(hào)s(t)滿足相對(duì)帶寬條件，即： TOC o 1-5 h z 匕口 1，一般取匕 10(1)BB則信號(hào)s(t)為窄帶信號(hào)，反之為寬帶信號(hào)。其中壽定義為J+ w | S(w) |2 dw(2)0I S (w) |2 dwB定義為i+ (w - f )2 I S

2、(w) |2 dw/c、B =一0 (3)VJ+81 S (w) |2 dw-s式中S(w)為s(t)的頻譜。中心頻率為f的窄帶信號(hào)s(t)，其實(shí)數(shù)形式的表達(dá)式為：0s(t) = u(t )cos2 丸 ft+(t)(4)0為了推導(dǎo)方便寫(xiě)成復(fù)數(shù)形式，即s(t) = u(t )ej2 兀 f0+中(t)(5)式中，u (t)為基帶信號(hào)，其最高頻率遠(yuǎn)小于正弦信號(hào)的頻率f0， cos2丸ft+頓t)為載波信號(hào)，其中中(t)是正弦信號(hào)的初相位，假定為一 0個(gè)常數(shù)。為了簡(jiǎn)化模型，通常我們做如下假設(shè)：麥克風(fēng)陣列位于信號(hào)源的遠(yuǎn)場(chǎng)，則接收到的信號(hào)為平面波；傳輸介質(zhì)是無(wú)損的、線性的、非擴(kuò)散性的、均勻的且各向同

3、性；麥克風(fēng)的孔徑遠(yuǎn)小于入射波的波長(zhǎng)，而且麥克風(fēng)無(wú)指向性， 可近似認(rèn)為麥克風(fēng)是點(diǎn)元；麥克風(fēng)陣列的間距遠(yuǎn)大于麥克風(fēng)孔徑，各麥克風(fēng)之間的相互 影響可以忽略不計(jì)?，F(xiàn)在考慮當(dāng)信號(hào)源為單個(gè)窄帶信號(hào)時(shí)，對(duì)于間距為d的均勻線陣 (如圖1.1)，窄帶信號(hào)s (t)的入射角度為0，麥克風(fēng)數(shù)為M個(gè)，聲速 為c = 340m/s。由于信號(hào)到達(dá)各個(gè)麥克風(fēng)的時(shí)間不同，第m個(gè)麥克風(fēng) 接收到的信號(hào)為(6)x (t) = s(t -t ) + n (t) m = 0,1,., M -1偵 生羿m為信號(hào)到達(dá)第m個(gè)麥克風(fēng)相對(duì)其到達(dá)參考麥克風(fēng)的時(shí)間 延遲，n (t)為加性噪聲。由式(6 )可知，信號(hào)到達(dá)第m個(gè)麥克風(fēng)相對(duì)于到達(dá)參考麥克

4、風(fēng)只發(fā)生了一個(gè)相移ej磯0 則式(6 )可變?yōu)?七(t) = e -j 2 兀 f0T m(0)s (t) + 七(t)將麥克風(fēng)接收到的信號(hào)寫(xiě)成M x 1維的向量形式，則麥克風(fēng)輸出為：x (t)e -j2 兀 fT 0(0)0: -=s (t):.x(t)L M-1_ e j fT m -1(0)_x(t)=+n(t)(8)設(shè)a(f ,0 ) = e-j2兀)e-j2兀醇M 10小為方向矢量，則 0 x(t) = a(f ,0)S(t) + n(t) 0對(duì)于D個(gè)窄帶入射信號(hào)，設(shè)入射角為0d,d =1,2,D，則方向矢量為如f0,0 )=回 f 嚇 a( f 02)，.,a(九乩) 則麥克風(fēng)輸出

5、可表示為：(10)x(t) = A( f，0 )s(t) + n(t) 0其 中，s(t) = *(t),t),., SD(t)Tx(t X.t)x,t ( ) x.T. 為麥)克(11)D個(gè)窄帶入射信號(hào)。接收到的信號(hào)。n(t) = n0(t),n1(t),., n (t)t 為加性噪聲向量。寬帶信號(hào)模型根據(jù)陣列信號(hào)處理理論，如果用窄帶波束形成方法來(lái)處理寬帶語(yǔ)音信號(hào)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)畸變，且信號(hào)的帶寬越大，畸變?cè)絿?yán)重。因此，需要用寬帶波束形成方法來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音增強(qiáng)。假定寬帶信號(hào)W)是由/個(gè)窄帶信號(hào)疊加而成，即s(t)二乙(t)(12)fm m=1式中七(t)是以fm為中心頻率的窄帶信號(hào)。假設(shè)收到的為單個(gè)寬

6、帶信 源，對(duì)于由M個(gè)麥克風(fēng)組成的麥克風(fēng)陣列，其輸出為(13)x(t)室 a( f , 0 )s (t) + n(t)jJj式中a(f ,0) = 32f (0) 32f M1(0勺，其中T (0)為寬帶信號(hào)到達(dá)第m個(gè) jm麥克風(fēng)相對(duì)其到達(dá)參考麥克風(fēng)的時(shí)間延遲。當(dāng)有D(M D 1)個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)，分別來(lái)自0 ,0 ,.,0方向，則第m麥克風(fēng)陣列輸出為x (t) = 2s (t -t (0 ) + n (t)(14)mi m imi=1式中，t (0 )是第i個(gè)信號(hào)到達(dá)第m個(gè)麥克風(fēng)相對(duì)其到達(dá)參考麥克風(fēng)的 m i時(shí)間延遲，N (t)為加性噪聲。對(duì)式(14)進(jìn)行傅里葉變換，得到(15)x (f ) = %

7、 e-J2兀 fj (d/c)sin(0j )(m-1)s (f ) + n (f ) m ji j m ji=1s( f ) = s (f ), s (f ),., sj 1 j 2 j D(f )r表示D個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)寬帶信號(hào)的傅里葉變換，n(f ) = N (f ),N (f ),.,N(f )t表示加性噪聲信號(hào)的傅里葉變換，j0 j 1 jM -1 jA(f ) = a( f ,0 ),a( f ,0 ),., a( f ,0 )表示D個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)的方向矢量。則麥 jj 1 j 2j D(16)克風(fēng)陣列輸出寬帶頻域模型的矩陣形式表示為:x( f ) = A(f )s( f ) + n( f )

8、j j j j在麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)中，噪聲來(lái)源取決于實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境，噪 聲場(chǎng)是一個(gè)很重要的概念，不同的方法可能適用于不同類(lèi)型的噪聲場(chǎng)。語(yǔ)音信號(hào)在封閉環(huán)境傳輸時(shí)，由于反射、衍射的影響，會(huì)使麥克 風(fēng)陣列接收的語(yǔ)音來(lái)自多個(gè)路徑，這種現(xiàn)象稱(chēng)為混響?；祉憣?duì)語(yǔ)音的 影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面：首先，混響使語(yǔ)音信號(hào)產(chǎn)生失真；其次，混響 改變了噪聲場(chǎng)的空間特性。混響對(duì)噪聲場(chǎng)空間特性的改變體現(xiàn)為，單一的噪聲源被擴(kuò)展為多 個(gè)不同方位的鏡像源，噪聲空間接近于散射噪聲場(chǎng)。這一特性借助模 平方相干函數(shù)來(lái)界定。設(shè)位于,和尸的兩麥克風(fēng)接收到的噪聲分別為 和n，相應(yīng)的自功率譜及互功率譜分別(r, w)、Q(r , w)和中(p ,

9、w)。1 i1ia于是，定義噪聲的空時(shí)域模平方相干函數(shù)為C (w) =1 r (w)|2= Q(piw)|2(17)司 司(r, w)(r , w)根據(jù)C (w)的值把噪聲場(chǎng)分為相干噪聲場(chǎng)、非相干噪聲場(chǎng)和散射噪 聲場(chǎng)。相干噪聲場(chǎng)相干噪聲場(chǎng)是指噪聲信號(hào)直接從噪聲源傳播到麥克風(fēng)陣列，而沒(méi) 有經(jīng)過(guò)任何因傳播環(huán)境而產(chǎn)生的反射、散射和耗散。在相干噪聲場(chǎng)中， 陣列中的不同麥克風(fēng)接收到的噪聲信號(hào)具有強(qiáng)相干性，即ir (w)i2歸1。ij在實(shí)際環(huán)境中，相干噪聲場(chǎng)存在于開(kāi)放的空氣環(huán)境中，在這種環(huán)境的 周?chē)鷽](méi)有主要的障礙物影響聲音傳播，而熱湍流的影響也很小。非相干噪聲場(chǎng)非相干噪聲場(chǎng)是指在給定的空間位置的噪聲信號(hào)與

10、其它所有位置的噪聲信號(hào)都不相關(guān)，也就是說(shuō)ir(訕也.0。這樣理想的非相干噪 萬(wàn)聲場(chǎng)在實(shí)際環(huán)境中不存在。而在麥克風(fēng)陣列應(yīng)用中，麥克風(fēng)陣列中的 電學(xué)噪聲通常被認(rèn)為是一種非相干噪聲。非相干噪聲也被叫做空間白 噪聲。散射噪聲場(chǎng)在散射噪聲場(chǎng)，相同能量的噪聲信號(hào)在各個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行傳播。 因此，散射噪聲場(chǎng)中的麥克風(fēng)接收到的噪聲信號(hào)是弱相關(guān)的，并且具 有近似相同的能量。許多實(shí)際的噪聲環(huán)境都可以被看作是散射噪聲場(chǎng)。 在散射噪聲場(chǎng)中，任何兩點(diǎn)的噪聲信號(hào)之間的相干性可以用麥克風(fēng)之 間的距離函數(shù)來(lái)表示(f)|= sin c(色K)(18)式(18)中d是麥克風(fēng)i和j之間的距離。，j語(yǔ)音增強(qiáng)算法分析及仿真語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)是

11、信號(hào)處理領(lǐng)域中的主要研究?jī)?nèi)容，在現(xiàn)代多媒 體通信體技術(shù)以及人工智能系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。語(yǔ)音增強(qiáng)方法自提出至 今，經(jīng)歷了單麥克風(fēng)語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)到陣列語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)的轉(zhuǎn)化，因?yàn)?麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音處理技術(shù)采用“電子瞄準(zhǔn)”的方法，可以從聲源位置 獲取較高品質(zhì)的語(yǔ)音因而得到廣泛應(yīng)用。其中波束形成是麥克風(fēng)陣列 語(yǔ)音增強(qiáng)的典型算法，它主要分為三類(lèi)4：固定波束形成、后置濾波波束形成和自適應(yīng)波束形成。固定波束形成語(yǔ)音增強(qiáng)由于采用的濾波器的權(quán)值固定不變，因而 方法簡(jiǎn)單，運(yùn)算量低，容易實(shí)現(xiàn)，能夠抑制背景噪聲，但是不具備自 適應(yīng)抑制強(qiáng)干擾的能力。因此對(duì)于可變?cè)肼晥?chǎng)效果一般。后置濾波語(yǔ)音增強(qiáng)方法可以用來(lái)去除非相干噪聲，但在相干噪

12、聲 場(chǎng)情況下性能退化，甚至不能應(yīng)用。自適應(yīng)波束形成方法，例如Frost提出的線性約束自適應(yīng)波束形 成法5,是在某種約束條件下，使輸出信號(hào)能量達(dá)到最小。這是用優(yōu) 化手段實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音增強(qiáng)的一種方法，這種算法在相干噪聲場(chǎng)情況下，可 以得到較高的信噪比改善，但在弱相干噪聲場(chǎng)或在散射噪聲場(chǎng)中，性 能甚至不如傳統(tǒng)的固定波束形成方法。2.1固定波束形成固定波束形成方法是麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)算法中最簡(jiǎn)單易于實(shí) 現(xiàn)的一種方法，也是最經(jīng)典的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)的算法之一。固定 波束形成的含義是，是其波束形成器的權(quán)值固定不變，與麥克風(fēng)陣列 的接收信號(hào)無(wú)關(guān)。固定波束形成算法通過(guò)延時(shí)控制來(lái)補(bǔ)償從聲源到每 個(gè)麥克風(fēng)的延時(shí)，對(duì)每個(gè)

13、麥克風(fēng)接收到的信號(hào)進(jìn)行延遲補(bǔ)償，然后使 麥克風(fēng)陣列波束指向有最大輸出功率的方向，即波束對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)空間位 置的聲源信號(hào)，其原理如圖2.1所示。時(shí)延補(bǔ)償x ；(n) ox ；( n)Q.X M 圖2.1固定波束形成原理圖該固定波束形成器是典型的延遲-求和波束形成器，它包含三個(gè) 部分：時(shí)延估計(jì)部分，時(shí)延補(bǔ)償部分和加權(quán)求和部分。通過(guò)麥克風(fēng)接 收到的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)各個(gè)麥克風(fēng)的時(shí)延，然后通過(guò)時(shí)延補(bǔ)償使麥克風(fēng)信 號(hào)同步，再加權(quán)相加得到波束形成器的輸出。設(shè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)為x:.，權(quán)系數(shù)為巧，則延遲-求和波束 形成輸出為：y(t) = M 1 w(i)x: (t -t ,)(19)i=0其中M為麥克風(fēng)的數(shù)日，t，

14、表示由時(shí)延估計(jì)得到的時(shí)延。若轉(zhuǎn)換 成數(shù)字形式時(shí)延為T(mén) = d -Sin (i-1)f，其中f為采樣頻率。i css該方法適合用來(lái)消除非相干噪聲或者弱相干噪聲，對(duì)于相干噪聲 幾乎沒(méi)有消噪能力。如果用來(lái)消除非相干噪聲或弱相干噪聲，它的消 噪能力主要取決于麥克風(fēng)的數(shù)日，麥克風(fēng)的數(shù)日越多，去噪效果越明 顯。因此，該方法獲得去噪效果是以增加麥克風(fēng)數(shù)日為代價(jià)的，在實(shí)際中較少單獨(dú)使用。2.2后置濾波波束形成后置濾波可以用來(lái)去除聲學(xué)環(huán)境中的非相干噪聲，人們提出將波 束形成器的輸出信號(hào)通過(guò)后置濾波器以進(jìn)一步提高輸出信號(hào)信噪比。 1977年Allen利用波束形成的方向性增益和維納濾波器對(duì)非相干噪聲 抑制能力，提出

15、將后置濾波用于語(yǔ)音增強(qiáng)。1988年Zelinski將其擴(kuò)展 到麥克風(fēng)陣列中，對(duì)延時(shí)一求和波束形成的輸出端使用自適應(yīng)維納濾 波器，從而提出基于后置濾波的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)方法，進(jìn)一步改 善了噪聲抑制能力。鑒于實(shí)際聲學(xué)環(huán)境下噪聲類(lèi)型和噪聲場(chǎng)的復(fù)雜性， 許多學(xué)者將性能互補(bǔ)的方法相結(jié)合，以改善語(yǔ)音增強(qiáng)方法的噪聲抑制 能力。1996年，F(xiàn)ischer和Simmer提出了 GSC與 Wiener濾波相結(jié)合 的頻域麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)方法，以抑制聲學(xué)環(huán)境中的相干和非相 干噪聲。2003年Gannot和Cohen提出了基于傳遞函數(shù)GSC和后置 濾波的頻域麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)方法口爬,以去除噪聲場(chǎng)中可能存在 的相干

16、噪聲、非相干噪聲及非平穩(wěn)噪聲。下面具體介紹一下基本后置濾波算法的原理。后置維納濾波是后置濾波和波束形成技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。濾波求 和波束形成器的輸出由維納濾波器進(jìn)行后置濾波處理，其目的是進(jìn)一 步減少己經(jīng)由固定波束形成器去除不相干的噪聲后的殘余噪聲成分。 經(jīng)典的后置濾波方法是R.Zelinski在1988年提出，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.2所示。延時(shí)補(bǔ)償圖2.2后置自適應(yīng)濾波系統(tǒng)框圖其中，固定波束形成器累加之前每個(gè)通道的輸出為：j (n) = w (n)x (n)(20)因此，固定波束形成器的輸出為j(n) = M 1 w (n)x (n)(2Di=0其中M為麥克風(fēng)的數(shù)目。信號(hào)經(jīng)過(guò)固定波束形成器后，進(jìn)行

17、維納濾波的后置處理。維納濾波方法就是按照最小均方誤差的準(zhǔn)則對(duì)期望信號(hào)s(,)進(jìn)行估計(jì)，即選取爪)的估計(jì)值血)，使均方誤差如式(22)最小。 = Es(t) - s(t )2 = Ee2(t)(22)也即要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字濾波器h(t)，當(dāng)輸入為x(t)時(shí)(x(t) = s(t) + n(t)，(23)濾波器輸出：s(t) = x(t) * h(t)滿足式(22)。根據(jù)正交性原理，最佳仰)必須滿足對(duì)所有k有下式成立：Es(t) - s(t )(t- k) = 0(24)將式(23)代入式(24)，并對(duì)式子兩邊取傅里葉變換，得到我們常說(shuō)的維納-霍夫方程H (o)=R (o)R*(o)(25)式中R(o

18、 )為X(t)的功率譜密度，R (o )為s(t)與x(t)的互功率譜密度。由于s(t)和n(t)不相關(guān)，即R (o) = 0，則可得snR (o) = R (o)(26)R (o) = R (o) + R (o)(27)于是，式(25)變?yōu)镠 (o)=R (o)R (o j+ R (o)(28)式(28)即為維納濾波器。采用維納濾波最大的好處是增強(qiáng)后的殘留噪聲類(lèi)似于白噪聲，而 不是有節(jié)奏起伏的音樂(lè)噪聲。但是維納濾波只是在平穩(wěn)條件下才能保 證在最小均方誤差意義下的最優(yōu)估計(jì)。而語(yǔ)音是非平穩(wěn)的，只在短時(shí) 間內(nèi)近似平穩(wěn)，實(shí)際環(huán)境中的噪聲也是非平穩(wěn)的，這是維納濾波的缺 陷所在。由于維納濾波器可以實(shí)現(xiàn)理

19、論上的最優(yōu)濾波，因此，如果把波束 形成方法與維納濾波相結(jié)合，可以進(jìn)一步減少固定波束形成器去除不 相干噪聲后殘留的噪聲成分，使得處理的效果得到進(jìn)一步的加強(qiáng)。圖2.2為具有后置濾波的語(yǔ)音增強(qiáng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)首先對(duì)各個(gè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)估計(jì)和補(bǔ)償，并進(jìn)行了 FFT變換； 隨后計(jì)算接收信號(hào)的自功率譜和互功率譜，由這些短時(shí)功率譜可以得 到自適應(yīng)維納濾波系數(shù)；最后將相加平均后的信號(hào)輸入到維納濾波器 中，從而得到所求語(yǔ)音信號(hào)的估計(jì)值。這種算法要求假定麥克風(fēng)陣列 的間距比較大，同時(shí)要求所求語(yǔ)音信號(hào)源于麥克風(fēng)的距離不小于各噪 聲源與麥克風(fēng)的距離，這時(shí)可認(rèn)為語(yǔ)音和噪聲，各通道噪聲之間是彼 此不相干的。

20、每個(gè)通道的信號(hào)經(jīng)過(guò)延時(shí)估計(jì)和補(bǔ)償后的信號(hào)為X () = s() + n ()(29)即該信號(hào)包括所期望的有用信號(hào)s(s)和噪聲信號(hào)n (w)。h(.)為后置濾波的傳遞函數(shù)，其最優(yōu)解可以表示為件)=5(30)ssnn其中，七(w)是所期望的有用信號(hào)的自功率譜密度，虬(w)是噪聲信號(hào)的自功率譜密度。對(duì)于隨機(jī)過(guò)程來(lái)說(shuō)，由于功率譜和相關(guān)函數(shù)互為傅里葉變換對(duì)， 于是通過(guò)計(jì)算，我們有第，和第;聲道上信號(hào)的自功率譜和互功率譜密度分別如下：(31)(32)(w) =e(w) +e (w) +e(w) +e(w)e(w) =e(w) +e(w) +e (w) +e (w)XiXjSSjSSljniS假定：信號(hào)與

21、噪聲是不相關(guān)的(即e (w) = 0,Vi)；每個(gè)麥克風(fēng)上的噪聲信號(hào)是不相關(guān)的(e (w) = 0,Vi* j)；n ni j所有麥克風(fēng)上的噪聲信號(hào)有著相同的功率譜(。(o)=。(),Vi)。i i那么式子(13 )和式(14)可簡(jiǎn)化為：(33)(34)。(O)二。()+。(o) TOC o 1-5 h z 礦(o) =8(o)罕jss將式(33)、(34)代入式(30)中，則可以得到后置濾波的傳遞函數(shù)。通過(guò)對(duì)所有麥克風(fēng)組合的譜密度估計(jì)進(jìn)行平均，就可以得到更加準(zhǔn)確 的估計(jì)值:(35)點(diǎn) U Re(8 (o) )=NN - D i=i J=i+1立、1 為(o)Nxxi=1其中Reg表示取實(shí)部的

22、運(yùn)算符，由于8 (o)實(shí)際上代表期望信號(hào)的自i j功率譜，所以它應(yīng)該是一個(gè)實(shí)數(shù)值。因此取8 (o)的實(shí)部，以減少估 i j計(jì)誤差。另外對(duì)于隨機(jī)過(guò)程來(lái)說(shuō)，由于功率譜和相關(guān)函數(shù)互為傅里葉變換對(duì)，所以有8 (o) = X (o)X*(o)， 8 (o) = X (o)X*(o) =| X (o)|2。 xxijx.x.iiii j后置維納濾波算法需要假定陣列中麥克風(fēng)間的距離比較大，同時(shí) 要求所求語(yǔ)音信號(hào)源與麥克風(fēng)的距離小于各噪聲源與麥克風(fēng)的距離，這時(shí)可以認(rèn)為語(yǔ)音和噪聲、各通道噪聲2間彼此是不相干的。后置維 納濾波算法的性能與噪聲的相干場(chǎng)有關(guān)，對(duì)于相干噪聲場(chǎng)，后置維納 濾波器兒乎沒(méi)有消噪能力，而對(duì)于非

23、相干場(chǎng)則效果明顯。2.3自適應(yīng)波束形成：線性約束最小方差波束形成算法線性約束最小方差(linearly constrained minimum variance, LCMV)波束形成算法可以實(shí)時(shí)地對(duì)所求信號(hào)進(jìn)行處理，同時(shí)又可有效抑制噪 聲干擾。這種算法對(duì)寬帶麥克風(fēng)陣列處理系統(tǒng)的濾波系數(shù)不斷進(jìn)行迭 代更新，在保持期望信號(hào)方向上的頻響不變的條件下，使輸出的噪聲 功率達(dá)到最小。該算法實(shí)質(zhì)上是一種帶約束的LMS算法。這種算法 需要知道所求語(yǔ)音信號(hào)的方向，并對(duì)其事先設(shè)定一個(gè)固定的頻響。在 陣列作完時(shí)間延遲補(bǔ)償后，對(duì)于所求信號(hào)而言，各麥克風(fēng)在對(duì)應(yīng)延遲 線上的波形是完全相同的，其總的處理效果相當(dāng)于一個(gè)單獨(dú)的

24、階數(shù)為 K的濾波器，其系數(shù)等于對(duì)應(yīng)M個(gè)延遲抽頭系數(shù)之和。所以，這MK 個(gè)系數(shù)的選擇，應(yīng)當(dāng)滿足事先給定的濾波系數(shù)值，即需要滿足K個(gè) 線性約束等式。這K個(gè)約束同時(shí)也將所求信號(hào)的功率輸出保持在一 定量值上。這樣，對(duì)于這些系數(shù)的選擇，自由度還有MK-K，它們用 來(lái)使輸出總功率最小。由于事先保證了所求信號(hào)的功率，總功率最小 也就意味著系統(tǒng)輸出的噪聲功率達(dá)到最小，所以它對(duì)其它方向上的干 擾噪聲能夠進(jìn)行有效消除。這種算法的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于它具有自糾正功能，不會(huì)由于程序 在運(yùn)行過(guò)程中的舍入誤差或截取誤差的累積而偏離約束值。該處理系 統(tǒng)見(jiàn)圖2.3。延時(shí)補(bǔ)償x 2(n) :x ) 時(shí)延估計(jì)11TWW(n -1)

25、i(n - 2)* TWMTT1T1( n - (K -1)T (K-1)M2 MM +12M +1+ TITSI T zTy (n)K-1)M+1+.f圖2.3： LCMV算法-基本寬帶波束形成系統(tǒng)框圖麥克風(fēng)陣列接收信號(hào)為： TOC o 1-5 h z x (n) = s( n) + n( n)(36)其中：x(n) = x (n), x (n), , x (n - (K - 1)r(37)s(n) = s(n), , s(n),.,s(n - (K -1), , s(n - (K - 1)r(38)M個(gè)M個(gè) n(n) = n (n頊Jn), , n/(39)假定所求信號(hào)和干擾噪聲的均值均為

26、0，并且期望方向所求信號(hào)與其它方向上的干擾噪聲互不相關(guān)，即Es(n)nr (n) = 0(40)陣列的輸出y(n) = wt x(n) = xt (n)w(41)其中w為權(quán)系數(shù)向量w = w , w , , w 進(jìn)而輸出功率可以通過(guò)下式來(lái)計(jì)算(42) TOC o 1-5 h z Ey2(n) = Ewtx(n)xt(n)w = wtR w(43)約束條件要求麥克風(fēng)陣列中延時(shí)相同的抽頭上的權(quán)系數(shù)之和滿足事先給定的濾波系數(shù)，即ctw = f , k = 0,1,., K -1(44)這里MK維向量ck表示如下c = 0,.,0,.,0,.,0,1,.,1 ,0,.,0,.,0,.,0 T(45)k

27、MM第k組(M個(gè)1)MM定義約束矩陣CMKx廣C0，C，CK-1(46)及濾波系數(shù)向量F = f0, f1, , fK-1T(47)式(43)中的線性約束條件可以表示為CTw = F(48)常見(jiàn)的一種約束形式(即無(wú)失真約束)如下f = 1, f = 0(k = 1,., K -1)(49)0 k由于陣列注視方向上的頻響由K個(gè)約束完全確定，因此所求信號(hào)的 輸出功率也完全確定。這樣，減少非注視方向的干擾噪聲功率等同于 要求使全部輸出功率最小，所以這里優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)就是使式(43)達(dá) 到最小。最后，關(guān)于MK個(gè)權(quán)系數(shù)的求解問(wèn)題就變?yōu)閹Ъs束的LMS 優(yōu)化問(wèn)題min wtR w s.t Ctw = F(5

28、0)XXw根據(jù)拉格朗日乘子法可以得到上述優(yōu)化問(wèn)題的解為 TOC o 1-5 h z w = R CCtR-1C-1 F(51)opt xxxx這樣就構(gòu)造出一個(gè)在空間上和頻域上的濾波器。將上式代入式(41), 得到信號(hào)估計(jì)值為y (n) = wt x(n)(52)在上述過(guò)程中，輸入相關(guān)矩陣R假定是已知的，而實(shí)際情況下 它只能通過(guò)自適應(yīng)學(xué)習(xí)方法獲得。如果直接代入自相關(guān)矩陣的估計(jì)值， 由于需要求解它的逆矩陣，這就使得運(yùn)算量很大，所以一般利用梯度 下降方法來(lái)求解帶約束的LMS問(wèn)題。(53)對(duì)于濾波器的權(quán)系數(shù)向量初始值，首先應(yīng)該滿足約束條件w(0) = CCt C-1 F利用梯度下降法，迭代公式應(yīng)為w(

29、n +1) = w(n) RR w(n) + 人(n)C(54)xx其中人(n)為拉格朗日乘子，h為步長(zhǎng)。新的權(quán)系數(shù)向量仍需滿足約束條件，從而可得w(n +1) = w(n) - h I - C(CtC)-1 Ct R w(n) + C(CtC)-1F 一 Ctw(n)(55)xx上式右邊最后一項(xiàng)中的因子F-Ct w(n)在理想情況下等于零，但在應(yīng) 用中由于存在舍入誤差或截取誤差，這一項(xiàng)實(shí)際上并不等于零。加入 該項(xiàng)可以避免誤差累積，使權(quán)系數(shù)向量在迭代后不致偏離優(yōu)化解。令:(56)n = C(Ct C)-1 fP = I - C(Ct C)-1 Ct實(shí)際迭代中，利用每次輸入信號(hào)向量的外積來(lái)作為自

30、相關(guān)矩陣的估計(jì)值。最后該算法歸結(jié)為：(57)w(0)= nw(n +1) = Pw(n) - h y(n)x(n) + CCC-iF式（57）即為L(zhǎng)CMV算法求解權(quán)矢量的表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)證明，線性約束自適應(yīng)波束形成方法對(duì)于相干噪聲場(chǎng)有比較 好的消噪性能，而對(duì)于非相干噪聲場(chǎng)，去除噪聲的效果并不比延遲- 求和波束形成的效果好。2.4仿真驗(yàn)證仿真條件:8單元均勻線陣，陣元間距d=7cm，期望信號(hào)來(lái)向38， 干擾信號(hào)（噪聲語(yǔ)音信號(hào)）來(lái)向5，SNR=-3dB，INR=5dB，干擾 信號(hào)和期望信號(hào)同時(shí)到達(dá)第一個(gè)陣兀（參考陣兀）。純凈語(yǔ)音信號(hào)（期望信號(hào)）、噪聲語(yǔ)音信號(hào)（干擾信號(hào)）及噪聲時(shí)域波形見(jiàn)圖2.4。純凈語(yǔ)

31、音信號(hào)10度 幅-1 00.5110度 幅1.522.533.5Time/sed噪聲語(yǔ)音信號(hào)-1 00.511.522.533.5Time/sed圖2.4：各信號(hào)時(shí)域波形陣列接收到的信號(hào)，延時(shí)-求和法、后置濾波法及LCMV法處理后置濾波處理后的語(yǔ)音信號(hào)01234Time/sed延時(shí)-求和處理后的語(yǔ)音信號(hào)度幅0度幅012340Time/sedLCMV處理后的信號(hào)后的語(yǔ)音信號(hào)如圖2.5所示。其中LCMV算法中濾波器階數(shù)為J=24, 步長(zhǎng)為r = 0.009。1度0幅-101234Time/sed圖2.5：各算法處理后的語(yǔ)音信號(hào)由上圖可見(jiàn)：延時(shí)-求和算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能有效消除相干噪聲， 但不具有自適應(yīng)

32、干擾抑制能力，且對(duì)非相干噪聲消除作用有限；后置 濾波法在延時(shí)-求和的基礎(chǔ)上進(jìn)行濾波處理，效果好于延時(shí)-求和法， 能有效消除非相干噪聲，但經(jīng)過(guò)播放處理后的語(yǔ)音，可以發(fā)現(xiàn)信號(hào)有 一定的失真；LCMV自適應(yīng)算法，適合時(shí)變的聲學(xué)環(huán)境，對(duì)相干噪聲 有很好的消除能力，對(duì)非相干噪聲的消除作用有限（這里濾波器的階 數(shù)比較大J=24，如果變小性能會(huì)變差，小到一定程度時(shí)，消噪效果還不如后置濾波法)。3.麥克風(fēng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建1自適應(yīng)天線是當(dāng)前信號(hào)處理和通信領(lǐng)域最熱門(mén)的技術(shù)之一，它的 應(yīng)用可以充分利用無(wú)線資源的空間可分割性，有效地抑制干擾，提高 無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)無(wú)線資源的利用率，從根本上提高系統(tǒng)容量和服務(wù)質(zhì) 量。為了使

33、這項(xiàng)技術(shù)能夠盡快實(shí)用化，進(jìn)行自適應(yīng)天線實(shí)物的研究已 經(jīng)迫在眉睫。因此，在對(duì)自適應(yīng)天線算法進(jìn)行理論分析和仿真的基礎(chǔ) 上，有必要進(jìn)行一些實(shí)際的測(cè)試。為此，可以通過(guò)搭建一種自適應(yīng)天 線系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以驗(yàn)證各種智能天線陣列和控制算法的有效性和 實(shí)用性。但是，鑒于自適應(yīng)天線系統(tǒng)的天線陣元加工難度較大、成本 較高，還要制作相應(yīng)的射頻單元，同時(shí)還需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況適時(shí)地調(diào) 整陣元和算法，因此，在實(shí)際的電磁環(huán)境下實(shí)驗(yàn)和測(cè)試各種天線陣列、 自適應(yīng)天線控制算法的性能存在較大的難度。為了驗(yàn)證自適應(yīng)算法的 有效性，我們可以通過(guò)麥克風(fēng)陣列來(lái)驗(yàn)證。3.1麥克風(fēng)陣驗(yàn)證DBF算法的可行性分析下面提出了一種用工作原理與“自適應(yīng)

34、天線系統(tǒng)”相同的“麥克 風(fēng)陣”來(lái)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的想法。因?yàn)樽赃m應(yīng)天線是采用一定陣元數(shù)的 陣列天線，各陣元的空間位置不同，同一無(wú)線電信號(hào)到達(dá)各個(gè)陣元波 程差也不同，因而可用于波達(dá)估計(jì)(DOA)。而不同方向的信號(hào)通過(guò)陣 列天線后產(chǎn)生不同的陣列響應(yīng)，自適應(yīng)天線接收系統(tǒng)可采取一定的算 法（可在射頻、中頻或基帶實(shí)現(xiàn)）把不同方向的信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)，從而降 低干擾，提高系統(tǒng)性能。因此，在自適應(yīng)天線系統(tǒng)中，天線陣列結(jié)構(gòu) 和控制算法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能起著重要的影響，同時(shí)也是自適應(yīng)天線 系統(tǒng)的研究核心。麥克風(fēng)陣系統(tǒng)也是基于麥克風(fēng)陣列結(jié)構(gòu)和自適應(yīng)算法兩大核心 內(nèi)容的系統(tǒng)。雖然自適應(yīng)天線系統(tǒng)與麥克風(fēng)陣系統(tǒng)接收的信號(hào)分別是 射

35、頻信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)，兩者存在較大的差異，但是，對(duì)于兩個(gè)系統(tǒng)所 研究的核心內(nèi)容卻是相同的，不管是射頻信號(hào)還是語(yǔ)音信號(hào)，在系統(tǒng) 中都只是當(dāng)作一個(gè)信號(hào)來(lái)進(jìn)行分析和處理，其最終日的是為了選擇最 好的陣列和最優(yōu)的算法。因此，可以用麥克風(fēng)陣列來(lái)代替自適應(yīng)天線 陣列，在計(jì)算機(jī)平臺(tái)中進(jìn)行算法處理，來(lái)測(cè)試不同的自適應(yīng)天線系統(tǒng) 中的天線陣列和控制算法。自適應(yīng)天線是由多個(gè)天線單元組成的，自適應(yīng)的含義就是其通過(guò) 反饋控制方式恰當(dāng)?shù)母淖冋{(diào)整加權(quán)系數(shù)，從而連續(xù)調(diào)整自適應(yīng)天線本 身方向圖。有時(shí)為了使其同時(shí)具有空域和時(shí)域的處理能力，在結(jié)構(gòu)上， 可以在自適應(yīng)天線陣的每個(gè)天線后接一個(gè)延時(shí)抽頭加權(quán)網(wǎng)。而自適應(yīng) 麥克風(fēng)陣在結(jié)構(gòu)上與自適

36、應(yīng)天線類(lèi)似，也是通過(guò)連續(xù)調(diào)整自適應(yīng)麥克 風(fēng)陣的加權(quán)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)辨識(shí)信號(hào)的方向和降低干擾。所以，完全可以 用麥克風(fēng)陣元來(lái)代替天線陣元，利用自適應(yīng)麥克風(fēng)陣作為自適應(yīng)天線 的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，基于麥克風(fēng)陣列來(lái)尋求較佳的自適應(yīng)天線的天線陣列結(jié) 構(gòu)和自適應(yīng)算法。此外，用麥克風(fēng)陣列替代天線陣列，可以大大減少了研制費(fèi)用、 周期，降低制作難度，同時(shí)還不需要射頻部分。一旦要進(jìn)行自適應(yīng)天 線系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)只需更改天線陣列、接入射頻部分即可，也可以根據(jù)需 要在計(jì)算機(jī)中修改算法，具有通用性和靈活性。3.2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建下面主要介紹基于麥克風(fēng)陣的自適應(yīng)天線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的原理、結(jié)構(gòu)、 功能及主要技術(shù)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原理與實(shí)現(xiàn)基于麥克風(fēng)的自

37、適應(yīng)天線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)3.1。聲源圖3.1基于麥克風(fēng)的自適應(yīng)天線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)各模塊功能：麥克風(fēng)陣列。在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)，本系統(tǒng)擬選用8個(gè)陣元的陣列， 并且采用間距為0.07m的均勻線列陣，較為適合于語(yǔ)音頻段的空間采 樣。放大濾波電路。該電路用來(lái)提高系統(tǒng)的靈敏度，濾除部分噪 聲以及提供采集卡正常工作所需的阻抗和信號(hào)，包括阻抗匹配和動(dòng)態(tài) 范圍的匹配。采集卡。選用8通道的數(shù)據(jù)采集卡，將放大濾波后的信號(hào)進(jìn) 行采集轉(zhuǎn)換，并通過(guò)一定的方式傳至處理系統(tǒng)，然后在處理系統(tǒng)進(jìn)行 語(yǔ)音增強(qiáng)。對(duì)于采集卡有一個(gè)采樣率設(shè)置問(wèn)題。為了使采樣后輸出的 離散時(shí)間序列信號(hào)能無(wú)失真地復(fù)現(xiàn)原輸入信號(hào)，由采樣定理

38、可知采 樣頻率f至少應(yīng)為輸入信號(hào)最高有效頻率/_的2倍，否則會(huì)出現(xiàn) 頻率混淆誤差。實(shí)際系統(tǒng)為了保證數(shù)據(jù)采樣精度，一般有下列關(guān)系：f = (710) f x Nsmax式中N為多通道數(shù)采集系統(tǒng)的通道數(shù)?？紤]到實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)90%95% 的頻率集中在300Hz3kHz頻段，則對(duì)于16路的語(yǔ)音采集系統(tǒng)可設(shè) 定采樣頻率為216kHz。處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)完成語(yǔ)音信號(hào)的處理。接收到數(shù)據(jù)采 集卡傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，利用一定的自適應(yīng)算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(如語(yǔ) 音增強(qiáng)等)，驗(yàn)證算法及天線結(jié)構(gòu)的有效性。對(duì)于處理系統(tǒng)可以采用 計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)處理平臺(tái)即處理系 統(tǒng)，可以根據(jù)不同自適應(yīng)天線實(shí)驗(yàn)的需要

39、，采用不同的陣列結(jié)構(gòu)，選 用不同的自適應(yīng)算法，能夠達(dá)到通用平臺(tái)的效果。另外，考慮到數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性及傳輸速度，考慮采用計(jì)算機(jī)的 PCI總線作為數(shù)據(jù)輸入接口，由進(jìn)行具體編程的數(shù)據(jù)采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。由以上對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各個(gè)模塊的分析，用麥克風(fēng)陣列實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證 DBF算法的實(shí)驗(yàn)過(guò)程可表述為：設(shè)置信號(hào)源（聲源）和干擾源（語(yǔ) 音信號(hào)），圖3.1中的噪聲為背景噪聲；然后聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)傳播，到 達(dá)麥克風(fēng)陣列。麥克風(fēng)將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的電信號(hào)，該模擬電信 號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波后傳至數(shù)據(jù)采集部分，數(shù)據(jù)采集部分又將模擬電信號(hào) 轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)平臺(tái)可以處理的數(shù)字信號(hào)，然后該數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出送 至計(jì)算機(jī)平臺(tái)，計(jì)算機(jī)平臺(tái)采用一定的自適應(yīng)

40、算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理， 驗(yàn)證自適應(yīng)算法的有效性。具體實(shí)驗(yàn)中，可設(shè)置聲源來(lái)自38方向，干擾源來(lái)自5方向， 其中干擾源也為語(yǔ)音信號(hào)。選用DBF中常用的自適應(yīng)算法LCMV算 法對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)采集卡采集到的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理，以驗(yàn)證LCMV算 法。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)各模塊的設(shè)計(jì)由上節(jié)知該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括4個(gè)模塊：麥克風(fēng)陣列、放大器濾 波、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)處理平臺(tái)。簡(jiǎn)化的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.2所 示。本節(jié)對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和功能進(jìn)行詳細(xì)介紹。聲源s(h, r)圖3.2麥克風(fēng)陣實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖干擾源I (0., l)IP計(jì)算機(jī)平臺(tái)(1)麥克風(fēng)陣麥克風(fēng)陣完成語(yǔ)音數(shù)據(jù)的采集，其功能等同于自適應(yīng)天線系統(tǒng)的 天線陣元，可以靈活地采用不

41、同的結(jié)構(gòu)。一般采用416天線陣元結(jié) 構(gòu)，相鄰陣元間距取接收信號(hào)中心頻率波長(zhǎng)的1/2。陣元間距過(guò)小， 降低接收信號(hào)相關(guān)度；陣元間距過(guò)大，將在方向圖上引起不必要的波 瓣，因此陣元半波長(zhǎng)間距通常是優(yōu)選的。天線陣列形式主要有直線形 陣列、圓環(huán)形陣列或者平面陣。不同的陣列結(jié)構(gòu)，它們的空間位置(方 位或仰角)也是不相同的。當(dāng)然，在實(shí)際的自適應(yīng)天線實(shí)驗(yàn)中，該陣 列結(jié)構(gòu)的選擇將根據(jù)所使用的自適應(yīng)天線的天線陣元來(lái)決定，對(duì)于不 同的實(shí)驗(yàn)可以靈活地調(diào)整麥克風(fēng)陣的陣列結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行測(cè)試，從而使該 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能對(duì)不同的自適應(yīng)天線系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具有很高的通用性和 靈活性。在這里，我們使用全方向性駐極體傳聲器 松下公司的WM-6

42、1。一個(gè)底面直徑為6mmS 3.4mm的圓柱體。其靈敏度達(dá)到-35分貝，信噪比高達(dá)62分貝。并且，在20Hz-200Hz這一頻段內(nèi),WM-61的靈敏度非常穩(wěn)定，確保了語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的準(zhǔn)確性。(2)前置放大器前置放大的作用在于提高系統(tǒng)的靈敏度以及提供采集卡正常工 作所需的阻抗和信號(hào)，包括阻抗匹配和動(dòng)態(tài)范圍的匹配。前置放大以?xún)蓧KLM324集成運(yùn)放為主體。每塊LM324包含4個(gè) 放大單元，將每個(gè)放大單元設(shè)計(jì)為反相放大器，由2個(gè)放大單元對(duì)一 路麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行放大，增益設(shè)計(jì)為20dB。對(duì)于16路語(yǔ)音信號(hào)，需 要 8 塊 LM324。數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集單元主要是將陣結(jié)構(gòu)從各個(gè)方位收到的信號(hào)采集到計(jì)

43、算機(jī)平臺(tái)中去，以便進(jìn)一步的處理。由于輸入的數(shù)據(jù)流量非常大，故 采用計(jì)算機(jī)的PCI總線作為計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)輸入接口?？梢圆捎肗I公司的多功能數(shù)據(jù)采集卡NI PCI-6220，如圖3.3所 示。它具有16位的AD采樣精度，16路模擬輸入，總帶寬速度為250k / s。如同時(shí)采集8路聲音信號(hào)。每個(gè)通道分配的AD采樣速率達(dá)30k /s。完全能夠滿足語(yǔ)音信號(hào)采樣的要求。另外，數(shù)據(jù)采集卡需要通過(guò)軟件對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。注冊(cè)采集卡，讓 計(jì)算機(jī)識(shí)別采集卡并獲得采集卡號(hào)；設(shè)置采樣頻率采樣的通道數(shù)、采 集卡號(hào)以及輸入動(dòng)態(tài)范圍等。設(shè)置完成后開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，并將將采集 到的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式寫(xiě)入預(yù)定好的文件。PCI-6220 （低

44、價(jià)位）250 kS/s, 16 位、16 路16路模擬輸入、16位分辨率250 kS/s采樣速率24路數(shù)字I/O(8路高速可達(dá)1 MHz)2個(gè)32位80 MHz計(jì)數(shù)器/定時(shí)器圖3.3 N1PCI-6220數(shù)據(jù)采集卡計(jì)算機(jī)平臺(tái)部分計(jì)算機(jī)平臺(tái)主要完成兩部分工作，一是對(duì)采集的數(shù)據(jù)選用好的自 適應(yīng)算法進(jìn)行自適應(yīng)處理，來(lái)控制和調(diào)整麥克風(fēng)陣列加權(quán)網(wǎng)的加權(quán)系 數(shù)，改變陣列的方向性，實(shí)現(xiàn)對(duì)信源的定位和對(duì)信號(hào)的增強(qiáng)，；二是 可以將數(shù)據(jù)生成語(yǔ)音文件，完成對(duì)信號(hào)的復(fù)原。自適應(yīng)天線系統(tǒng)的核心是自適應(yīng)算法，因此重要的是選擇較好算 法實(shí)現(xiàn)波束的自適應(yīng)控制。日前已提出很多著名的自適應(yīng)天線算法， 可以分為兩類(lèi)。一是在時(shí)域獲得天線的最優(yōu)加權(quán)，有最小均方算法 (LMS)，取樣協(xié)方差矩陣的直接求逆(DMI)，遞歸最小均方誤差算法 (RLS)等；二是在空間域?qū)︻l譜進(jìn)行分析，以獲得DOA的估計(jì)。其 中DFT和最大熵估計(jì)(MEM)可以直接從空間頻譜中估計(jì)到達(dá)角度， 而多信號(hào)分類(lèi)法(MUSIC)算法和旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)參數(shù)估計(jì)法(ESPRIT) 是基于特征