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多项式结构宽带波束形成器的性能分析及其改进

薛晗, 陈华伟, 张展, 冯从威

薛晗, 陈华伟, 张展, 冯从威. 多项式结构宽带波束形成器的性能分析及其改进[J]. 声学学报, 2022, 47(3): 293-308. DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2022.03.012
引用本文: 薛晗, 陈华伟, 张展, 冯从威. 多项式结构宽带波束形成器的性能分析及其改进[J]. 声学学报, 2022, 47(3): 293-308. DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2022.03.012
XUE Han, CHEN Huawei, ZHANG Zhan, FENG Congwei. Performance analysis and improvement of polynomial broadband beamformers[J]. ACTA ACUSTICA, 2022, 47(3): 293-308. DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2022.03.012
Citation: XUE Han, CHEN Huawei, ZHANG Zhan, FENG Congwei. Performance analysis and improvement of polynomial broadband beamformers[J]. ACTA ACUSTICA, 2022, 47(3): 293-308. DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2022.03.012

多项式结构宽带波束形成器的性能分析及其改进

基金项目: 

国家自然科学基金项目(61971219)和声场声信息国家重点实验室开放课题(SKLA202015)资助

详细信息
    通讯作者:

    陈华伟,E-mail:hwchen@nuaa.edu.cn

  • PACS: 
      43.60,43.72

Performance analysis and improvement of polynomial broadband beamformers

  • 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。
    Abstract: The robustness of the Polynomial Broadband BeamFormers(PBBF)is theoretically studied.Based on the statistical analysis of beampattern distortion in the presence of microphone mismatches and the analysis of white noise gain,the inherent properties on the robustness of the PBBF are revealed.It is shown that,when the main lobe of the beam is steered to the edge of look direction range,the robust performance of PBBF is worse than that when steered to the center.Moreover,the main factors affecting the directivity index of the PBBF are also studied.It is pointed out that the truncation error of the polynomial structure may lead to large deviation of the main lobe orientation,which can significantly deteriorate the directivity index as a result.In order to overcome the drawback of the existing design,we then present an improved design structure with a self-calibration capability.Compared with the existing design,the steering module used in the proposed structure can fully reflect the nonlinear relationship between the expected and the actual beam orientation,thus avoiding the large steering deviation caused by the linear steering module used in the existing structure,which can effectively improve the performance of the PBBF.
  • 期刊类型引用(6)

    1. 张展,陈华伟,冯从威. 圆阵多项式结构宽带波束形成器的时域降维设计. 声学学报. 2024(03): 587-597 . 本站查看
    2. 王晓楠,陈华伟. 多项式结构恒定束宽波束形成器的高效稀疏化设计. 应用声学. 2024(06): 1203-1218 . 百度学术
    3. 纪娟娟,苏杰,张朝龙,张兰芳,黄忠. 基于相关函数的低维度宽带波束形成算法. 安庆师范大学学报(自然科学版). 2023(03): 54-60 . 百度学术
    4. 许志强,陈华伟. 广义多项式结构稳健宽带波束形成器优化设计. 数据采集与处理. 2023(06): 1307-1318 . 百度学术
    5. 许志强,陈华伟,王晓楠,史文旭. 融合插值点优化的多项式结构宽带波束形成器设计方法. 应用声学. 2023(06): 1215-1224 . 百度学术
    6. 崔丽兰,田杨萌,王彩霞,刘琳,张潇艺. 基于波束形成的三维传声器阵列仿真. 科学技术与工程. 2022(31): 13801-13809 . 百度学术

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-06
  • 修回日期:  2021-10-31
  • 网络出版日期:  2022-06-28
  • 发布日期:  2022-05-14
  • 刊出日期:  2022-05-14

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