摘要：针对具有空间响应变化函数约束的频率不变波束形成器设计问题,提出了采用交替方向乘子法实现抽头稀疏设计的优化算法。该算法利用交替方向乘子法能够将原始优化问题进行分裂处理的特点,通过引入替代变量和指示函数,使得表征波束形成器抽头稀疏度量的非凸L;范数与阵列响应约束分离,进而将问题分裂到元素层级并给出近邻算子的解。对于指示函数的近邻算子求解,在分裂到元素层级后则退化为简单的双边约束问题,因而降低了优化求解的计算复杂度。仿真分析表明,提出的方法比现有的L;范数方法在宽频带条件下的抽头稀疏度能够提升6%~13%,通带最大波动误差减小了约2 dB,并且优化消耗时间更短。实验结果进一步验证了所提方法在实现高抽头稀疏度波束形成的同时,对声信号造成的失真更小。因此,所提出的方法在降低传声器阵列波束形成器的实现复杂度以及保持阵列响应的频率不变性能方面更具有优势。

摘要：一阶指向可调差分传声器阵列具有尺寸小、主瓣指向灵活可调、以及阵列响应不随频率变化等优点,因而在音频处理领域得到了重要关注。但差分传声器阵列对阵元失配误差较为敏感,在实际设计中需要予以考虑。前后向比直接反映了传声器阵列对后向噪声干扰的抑制程度,是差分传声器阵列设计中的重要指标。本文从理论上深入剖析了失配误差对一阶指向可调差分传声器阵列前后向比性能的影响,揭示了其中蕴含的规律。在此基础上,针对实际中同时存在随机失配误差情况,提出了一种最差性能优化设计方法。仿真实验和实测实验验证了本文理论分析的正确性和所提优化设计方法的有效性。

摘要：针对球面阵模态域波束形成器对传声器失配误差敏感的问题，研究了时域实现结构球面阵的最差性能优化稳健宽带波束形成器设计。揭示了波束响应误差上界的保守性是影响现有最差性能优化方法性能的主要原因，进而提出了一种波束响应误差上界更为紧凑的优化设计方法。理论分析表明，与现有最差性能优化方法相比，所提出方法的代价函数更小、且可行解的范围也更大。针对最差性能优化设计方法存在的波束指向上阵列响应随频率变化波动偏大而引起信号失真的问题，还给出了一种减小波束图在指向方向上受信号频率影响的约束方法。仿真分析结果表明：在相同传声器失配误差条件下，所提出的设计方法要优于现有方法，得到的波束图具有更低的旁瓣级。

摘要：频率不变波束形成器(Frequency invariant beamformer,FIB)在无畸变宽带声信号采集等方面具有重要应用。经典的FIB设计方法通常是在理想的模型条件下提出的,当存在由麦克风的幅度和相位响应不一致性所引起的阵列通道失配误差时,其性能会变差,无法满足实际的设计要求。本文提出了一种基于正则化约束最小二乘的稳健FIB设计方法,有效克服了麦克风阵列通道失配误差对FIB设计性能的影响。该方法适用于任意结构的阵列,并且具有闭式解,无需迭代步骤,计算复杂度较低。仿真实例证明了所提方法的有效性和理论分析的正确性。

摘要：从理论上导出了传声器失配误差对适用于任意阵元数的一阶和二阶差分传声器圆阵的主瓣指向影响规律。揭示了传声器相位误差可造成一阶差分传声器圆阵主瓣指向产生反转现象,是影响其主瓣指向的主要因素。而对于二阶差分传声器圆阵,传声器相位误差和增益误差均可导致其主瓣指向产生反转现象和严重指向误差,进而造成阵列指向性因子严重下降,尤其在低频处失配误差的影响更为显著。然后给出了确保差分传声器圆阵主瓣指向正确时阵列设计参数所需满足的条件,并在此基础上进行了传声器失配误差的容差分析。分析结果表明,随着阵元数增多,失配误差的容差范围增大,差分传声器圆阵对传声器失配误差的敏感性相应降低。

摘要：针对现有圆阵多项式结构宽带波束形成器频域设计方法在短抽头长度条件下性能严重下降的问题,提出了一种时域降维优化设计方法。首先,利用圆阵的对称性特点,理论分析了多项式结构宽带波束形成器权系数存在的对称性,继而导出圆阵多项式结构宽带波束形成器时域设计的降维形式,剔除了优化问题中近一半的冗余波束形成器权系数,有效降低了时域优化问题的维度。然后,结合交替方向乘子法进一步导出了圆阵多项式结构宽带波束形成器的时域降维优化方法。仿真结果表明,所提时域降维设计方法在短抽头条件下显著优于现有的频域设计方法,且在提升时域优化效率方面也具有明显优势。

摘要：由于线阵相机拍摄的图像光照不均、对比度低,使得钢轨表面离散缺陷检测成为机器视觉检测的难点,为此提出局部非线性对比度增强法和改进最大熵阈值分割法对钢轨图像进行预处理.该算法将局部区域内相对较低的灰度级映射到更低的范围,相对较高的灰度级映射到更高的范围,实现对比度拉伸;通过分析图像的目标熵、背景熵、灰度概率分布曲线,使用图像目标熵最大、目标概率较小的改进最大熵阈值分割法对图像进行分割,得到包含噪声相对较少的图像.实验结果表明,文中提出的非线性对比度图像增强算法简单、快速、有效,而且增强效果与光照无关;与原始的最大熵、目标最大熵、OSTU阈值分割法相比,改进的最大熵分割阈值较小,分割后的图像包含的噪声少;改进的预处理算法对测试图像的漏检率和误检率分别是6.2%和7.3%.

摘要：首先从理论上分析了多项式结构宽带波束形成器的鲁棒性能。分别从传声器失配误差影响下阵列波束图扰动的统计分析以及白噪声增益分析两个方面揭示了影响多项式结构宽带波束形成器鲁棒性能的内在规律。发现当波束主瓣指向处于可调范围边缘时,与指向中心相比,多项式结构波束形成器的鲁棒性能变差。然后分析了影响多项式结构宽带波束形成器阵列指向性指数的主要因素,指出了多项式结构的截断误差会导致宽带波束形成器的主瓣指向出现偏差,进而造成阵列指向性指数性能下降。为了克服现有设计结构存在的缺陷,提出了一种具有波束主瓣指向自校正能力的改进设计结构。与现有设计结构不同,所提出的设计结构中的调向功能模块能够充分反映出波束期望指向和实际指向之间存在的非线性关系,避免了现有设计方法因采用线性调向功能模块而造成较大波束指向偏差的问题,有效改善了多项式结构宽带波束形成器的性能。

摘要：强干扰的环境下,基于传感器阵列的波达方向(Direction of arrival,DOA)估计是阵列信号处理中的重要问题。虽然对于网格点目标现有方法的DOA估计精度较高,但对于离格点目标现有方法的DOA估计性能会严重下降。本文提出一种离格情况下的DOA估计方法,首先设计一种鲁棒的正交零陷矩阵滤波法(Robust orthogonal matrix filter with nulling,ROMFN),它结合了正交零陷滤波法(Orthogonal matrix filter with nulling,OMFN)和最差性能下的鲁棒自适应波束形成,在对离格点目标达到滤波效果的同时只需设计较少的网格点。此外,新的矩阵滤波法保留了高斯白噪声的特性,避免了噪声白化的预处理过程。其次基于离格点稀疏贝叶斯推断(Off?grid sparse Bayesian inference,OGSBI)和ROMFN,形成一种强干扰下DOA估计的新方法。与现有方法相比,仿真结果表明该方法可以在不同的网格间距、不同的信噪比和干噪比下获得更高的估计精度。

摘要：传统多项式结构宽带波束形成器的设计一般采用有限冲激响应(Finite impulse response,FIR)滤波器。本文通过使用正交基滤波器替代传统设计中的FIR滤波器,提出了一种广义多项式结构宽带波束形成器。所提多项式结构宽带波束形成器可视为传统多项式结构宽带波束形成器的推广,因而结构上更为灵活。为增强广义多项式结构宽带波束形成器的鲁棒性,进一步提出了基于平均性能优化准则的稳健优化设计方法。该方法通过粒子群算法对正交基滤波器中的极点进行优化,以利用极点所提供的自由度提高多项式结构宽带波束形成器的性能;同时通过引入阵列响应的空间导数约束,减小了由有限次多项式插值所造成的波束主瓣指向偏差。仿真结果表明,与传统多项式结构设计方法相比,所提设计方法能够获得更好的频率不变性和鲁棒性,且有效改善了波束主瓣指向的精准度,提高了多项式结构宽带波束形成器的指向性指数。