麥克風(fēng)陣列在語音信號(hào)處理中扮演著重要角色,麥克風(fēng)陣列的波束形成設(shè)計(jì)可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)半無限規(guī)劃問題,其中有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的系數(shù)向量是決策變量,目標(biāo)函數(shù)是實(shí)際頻率響應(yīng)函數(shù)擬合到一個(gè)給定的目標(biāo)頻率響應(yīng)函數(shù).對(duì)它的求解需要離散化方法,然而隨著離散點(diǎn)和濾波器長(zhǎng)度的增長(zhǎng),這個(gè)問題將越發(fā)復(fù)雜.最優(yōu)解的求解將變得非常困難.本文,提出了一種快速的窗函數(shù)方法對(duì)波束形成設(shè)計(jì)問題進(jìn)行實(shí)時(shí)求解.本文研究的主要內(nèi)容如下:第一部分為緒論,本章分別介紹了信號(hào)處理的原理和有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的基本原理.然后介紹麥克風(fēng)陣列的近場(chǎng)模型和遠(yuǎn)場(chǎng)模型.對(duì)波束形成問題具體的一些準(zhǔn)則包括均方誤差準(zhǔn)則、最大誤差準(zhǔn)則、信噪比準(zhǔn)則加以描述.第二部分考慮了近場(chǎng)及遠(yuǎn)場(chǎng)的麥克風(fēng)陣列波束形成設(shè)計(jì)問題.首先是近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)陣列波束形成設(shè)計(jì)問題的建立,接下來,通過求解濾波器長(zhǎng)度趨向于無窮時(shí)的極限值來得到最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的下確界,并建立一系列特定的優(yōu)化問題求解最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的下確界,也即是性能極限值.最后通過兩個(gè)數(shù)值例子驗(yàn)證此結(jié)論的正確性.第三部分考慮到了麥克風(fēng)陣列的實(shí)時(shí)設(shè)計(jì),提出了通過使用窗函數(shù)的方法來設(shè)計(jì)濾波器.首先,我們求出最佳頻率響應(yīng)函數(shù),接著可以直接計(jì)算出最佳頻率響應(yīng)向量的無限長(zhǎng)度系數(shù)向量.然后通過窗函數(shù)建立了一個(gè)極小極大的問題,快速求解得到FIR濾波器系數(shù)向量.由于吉布斯現(xiàn)象的存在,導(dǎo)致在頻率的不連續(xù)點(diǎn)處會(huì)引起震蕩,因此我們把系數(shù)做了一定的修正.最后通過四個(gè)數(shù)值例子驗(yàn)證了窗函數(shù)法的運(yùn)算效率和有效性.第四部分主要是對(duì)本文的研究進(jìn)行總結(jié)并對(duì)后續(xù)的研究工作作出展望.
【學(xué)位單位】：重慶師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN641;TN713;O224
【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 數(shù)字信號(hào)處理的基本原理
        1.2.1 數(shù)字信號(hào)處理流程
        1.2.2 FIR濾波器的原理
    1.3 麥克風(fēng)陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)原理
        1.3.1 遠(yuǎn)場(chǎng)模型和近場(chǎng)模型
        1.3.2 設(shè)計(jì)FIR濾波器的最優(yōu)化方法
2 最優(yōu)解的性能分析
    2.1 遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)的性能分析
        2.1.1 遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)波束形成設(shè)計(jì)問題
        2.1.2 最優(yōu)解的性能分析
        2.1.3 數(shù)值例子
    2.2 近場(chǎng)麥克風(fēng)陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)的性能分析
        2.2.1 近場(chǎng)麥克風(fēng)波束形成設(shè)計(jì)問題
        2.2.2 最優(yōu)解的性能分析
        2.2.3 數(shù)值例子
3 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)波束形成器
    3.1 窗函數(shù)
    3.2 遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)陣列波束形成設(shè)計(jì)問題的窗函數(shù)方法
        3.2.1 系數(shù)的修正
    3.3 數(shù)值例子
    3.4 近場(chǎng)麥克風(fēng)陣列波束形成設(shè)計(jì)問題的窗函數(shù)法
    3.5 數(shù)值例子
4 結(jié)論及展望
參考文獻(xiàn)
附錄A:作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及科研情況
致謝

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本文編號(hào)：2863815