專利名稱：用于自適應(yīng)干擾抵消的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明總的涉及信號(hào)處理，更具體地涉及用于減小在接收信號(hào)中的干擾的自適應(yīng)信號(hào)處理系統(tǒng)和方法。
有許多這樣的實(shí)例，其中希望傳感器能夠從特定的信號(hào)源接收信息信號(hào)，該信號(hào)源的環(huán)境包括有位于不同于信號(hào)源位置的干擾信號(hào)源。一種這樣的例子是在一個(gè)房間內(nèi)使用微音器記錄一個(gè)特定方的講話，而這個(gè)房間內(nèi)還有同時(shí)在講話的另一方，造成所接收的信號(hào)中的干擾。
如果你知道精確的干擾特性，則你就能使用固定的加權(quán)濾波器來(lái)抑制它。但是常常很難預(yù)料精確的干擾特性，因?yàn)樗鼈兛赡芨鶕?jù)干擾源、背景噪聲、聲音環(huán)境、傳感器對(duì)于信號(hào)源的取向、從信號(hào)源到傳感器的傳輸路徑、和許多其它因素等的變化而改變。所以，為了抑制這樣的干擾，需要能根據(jù)變化的環(huán)境而改變其本身的參量的自適應(yīng)系統(tǒng)。
自適應(yīng)濾波器是能改變其本身的濾波特性以便產(chǎn)生想要的響應(yīng)的自適應(yīng)系統(tǒng)。典型地，規(guī)定自適應(yīng)濾波器的特性的濾波器加權(quán)量被連續(xù)地更新，以使得在代表想要的響應(yīng)的信號(hào)與自適應(yīng)濾波器的輸出信號(hào)之間的差值最小化。
用于減小接收信號(hào)中的干擾的自適應(yīng)濾波器的使用在技術(shù)上被稱為自適應(yīng)噪聲抵消。它是根據(jù)通過(guò)采樣與信源信號(hào)無(wú)關(guān)的噪聲及把采樣的噪聲修正成近似于接收信號(hào)中的噪聲分量而抵消從信號(hào)源的方向上接收的信號(hào)中的噪聲分量的。對(duì)于在自適應(yīng)噪聲抵消方面的論文，可參考B.Widrow等的“Adaptive Noise Canceling:Principleand Application(自適應(yīng)噪聲抵消原理和應(yīng)用)”,Proc.IEEE 63:1692-1716,1975。
用于自適應(yīng)噪聲抵消的基本配置具有由指向想要的信號(hào)源的微音器所接收的主輸入、和由指向噪聲源的另一個(gè)微音器獨(dú)立地接收的參考主輸入。主輸入包含來(lái)源于信號(hào)源的源信號(hào)分量和來(lái)源于噪聲源的噪聲分量。噪聲分量不同于代表噪聲源本身的參考輸入，因?yàn)樵肼曅盘?hào)必須從噪聲源傳到信號(hào)源，以便被包括在其中作為噪聲分量。
然而，噪聲分量多半地與參考輸入有某種相關(guān)，因?yàn)樗鼈兌紒?lái)源于同一個(gè)噪聲源。這樣，可使用一個(gè)濾波器來(lái)濾波參考輸入，以產(chǎn)生一個(gè)近似于噪聲分量的抵消信號(hào)。自適應(yīng)濾波器通過(guò)產(chǎn)生作為主輸入與抵消信號(hào)之間的差值的輸出信號(hào)和通過(guò)調(diào)整其濾波加權(quán)值以減小輸出信號(hào)的均方值而動(dòng)態(tài)地做到這一點(diǎn)。當(dāng)濾波加權(quán)值設(shè)定時(shí)，輸出信號(hào)有效地復(fù)制基本上沒(méi)有噪聲分量的源信號(hào)，因?yàn)榈窒盘?hào)緊密地跟蹤噪聲分量。
自適應(yīng)噪聲抵消可與波束成形(一種已知的使用傳感器陣列的技術(shù))相組合，以便改善來(lái)自特定方向的信號(hào)的接收。波束成形器是一個(gè)空間濾波器，它通過(guò)濾波各個(gè)單獨(dú)的多信道和組合它們以提取來(lái)自特定方向的信號(hào)、從而從通過(guò)多個(gè)傳感器接收的多信道中產(chǎn)生一個(gè)單個(gè)信道。這樣，波束成形器可改變接收靈敏度的方向而不用實(shí)際地移動(dòng)傳感器陣列。對(duì)于波束成形的詳細(xì)內(nèi)容，可參看B.D.Van Veen andK.M.Buckley的“Beamforming:A Versatile Approach to SpatialFiltering(波束成形空間濾波的通用方法)”,IEEE ASSP Mag.5(2),4-24。
由于波束成形可有效地指向許多方向而不用實(shí)際上移動(dòng)其傳感器，所以波束成形器可以與自適應(yīng)噪聲抵消相組合，以形成自適應(yīng)波束成形器，它能抑制特定方向的干擾而不是普通的背景噪聲。波束成形器可通過(guò)空間濾波來(lái)自傳感器陣列的輸入信號(hào)而提供主輸入，這樣其輸出代表在信號(hào)源方向上接收的信號(hào)。同樣地，波束成形器可通過(guò)空間濾波傳感器信號(hào)而提供參考輸入，從而使得其輸出代表在干擾源方向上接收的信號(hào)。對(duì)于在自適應(yīng)波束成形方面的論文，可參考L.J.Griffiths和C.W.Jim的“An Alternative Approach to LinearlyConstrained Adaptive Beamforming(另一種線性約束自適應(yīng)波束成形的方法)”，IEEE Trans.Ant.Prop.AP-30:27-34,1982。
傳統(tǒng)的自適應(yīng)波束成形器的一個(gè)問(wèn)題是，它的輸出特性依賴于輸入頻率和傳感器相對(duì)于干擾源的方向而改變。系統(tǒng)在所有感興趣的輸入頻率上和在所有傳感器方向上的均勻的輸出是在定向的微音器系統(tǒng)中明顯地希望的，在其中，需要忠實(shí)地重現(xiàn)聲音信號(hào)，而不管微音器所處于的位置如何。
自適應(yīng)波束成形的另一個(gè)問(wèn)題是“信號(hào)泄漏”。自適應(yīng)噪聲抵消是基于這樣的假定，即代表噪聲源的參考輸入與主輸入中的源信號(hào)的分量不相關(guān)，也就是，參考輸入不應(yīng)當(dāng)包含源信號(hào)。但是這個(gè)“沒(méi)有信號(hào)”的參考輸入的假定在任何真實(shí)的環(huán)境下都是不成立的。在微音器(幅度或相位)或它們有關(guān)的模擬前端中的任何失配、由周圍環(huán)境或機(jī)械結(jié)構(gòu)造成的任何混響、以及甚至實(shí)際微音器結(jié)構(gòu)中的任何機(jī)械耦合，將會(huì)造成從信號(hào)源到參考輸入的“信號(hào)泄漏”。如果在參考輸入與主輸入的源信號(hào)分量之間沒(méi)有任何相關(guān)，則由自適應(yīng)濾波器進(jìn)行的自適應(yīng)處理將造成源的信號(hào)分量的抵消，導(dǎo)致失真和性能的惡化。
把自適應(yīng)處理限制成使得至少某些定向干擾要被消除的狀況也是重要的。由于非定向性噪聲(例如由系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)引起的風(fēng)噪聲、振動(dòng)噪聲)典型地與接收信號(hào)的噪聲分量不相關(guān)，所以自適應(yīng)濾波器不能產(chǎn)生近似于噪聲分量的定向信號(hào)。
現(xiàn)有的技術(shù)建議當(dāng)根據(jù)觀察到強(qiáng)的源信號(hào)趨向于泄漏到參考輸入的信號(hào)噪聲比(SNR)是很高時(shí)，禁止自適應(yīng)濾波器進(jìn)行自適應(yīng)處理。例如，美國(guó)專利No.4,956,867描述了使用在兩個(gè)傳感器之間的互相關(guān)值，以便于當(dāng)SNR很高時(shí)禁止自適應(yīng)處理。
但是現(xiàn)有技術(shù)的方法不能考慮定向干擾的影響，因?yàn)榛赟NR的方法只考慮非定向性的噪聲。由于非定向性的噪聲與接收信號(hào)的噪聲分量不相關(guān)，所以自適應(yīng)處理徒勞地搜索新的濾波器加權(quán)值，這通常導(dǎo)致抵消接收信號(hào)的源信號(hào)分量。
現(xiàn)有技術(shù)的方法當(dāng)源信號(hào)是窄頻帶時(shí)也不能考慮信號(hào)泄漏。在定向微音器應(yīng)用時(shí)，源信號(hào)常常包含其功率譜密度集中在窄的頻率范圍內(nèi)的窄帶信號(hào)(例如語(yǔ)音信號(hào))。當(dāng)由于很窄頻帶的信號(hào)引起信號(hào)泄漏時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)方法可能不禁止自適應(yīng)處理，因?yàn)檫@樣的窄帶信號(hào)的總的信號(hào)強(qiáng)度可能不夠高。結(jié)果，接收信號(hào)的源信號(hào)分量被抵消，并且如果源信號(hào)是語(yǔ)音信號(hào)，則語(yǔ)音清晰度發(fā)生惡化。
所以，對(duì)于自適應(yīng)系統(tǒng)，需要它能抑制在干擾源存在著廣泛的角度分布的情況下具有均勻的頻率特性的接收信號(hào)中的定向干擾。
發(fā)明概要因此，本發(fā)明的目的是通過(guò)使用用于處理來(lái)自傳感器陣列的輸入的自適應(yīng)濾波器來(lái)抑制接收信號(hào)中的干擾。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是把這種自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng)處理限制成使得至少某些定向干擾被消除的情況。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是控制自適應(yīng)處理，以便阻止窄帶信號(hào)的信號(hào)泄漏。
另一個(gè)目的是在來(lái)自傳感器陣列的所有方向上產(chǎn)生具有均勻頻率特性的輸出。
這些和其它目的可按照本發(fā)明來(lái)達(dá)到，本發(fā)明使用了一種用于處理代表從傳感器陣列接收的信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括主信道矩陣單元，它用于產(chǎn)生代表在信號(hào)源的方向上接收的信號(hào)的主信道，其中主信道具有源信號(hào)分量和干擾信號(hào)分量。該系統(tǒng)包括參考信道矩陣單元，它用于產(chǎn)生至少一個(gè)參考信道，其中每個(gè)參考信道代表在除了信號(hào)源的方向以外的方向上接收的信號(hào)。該系統(tǒng)使用自適應(yīng)濾波器，它用于產(chǎn)生近似于主信道的干擾信號(hào)分量的抵消信號(hào)，還使用差分單元，它用于通過(guò)從主信道中減去抵消信號(hào)而產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)。每個(gè)自適應(yīng)濾波器具有加權(quán)值更新裝置，用于根據(jù)輸出信號(hào)來(lái)找到新的濾波器加權(quán)值。該系統(tǒng)包括加權(quán)值約束裝置，用于當(dāng)每個(gè)新的濾波器加權(quán)值超過(guò)相應(yīng)的門限值時(shí)把新的濾波器加權(quán)值截?cái)喑深A(yù)定的門限值。
該系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)去色濾波器，用于產(chǎn)生平坦頻率的參考信道。該系統(tǒng)還可包括禁止裝置，用于估值主信道的功率和參考信道的功率、以及用于根據(jù)在主信道與參考信道之間的歸一化功率差來(lái)產(chǎn)生一個(gè)禁止信號(hào)給加權(quán)值更新裝置。
該系統(tǒng)產(chǎn)生在系統(tǒng)的所有方向上具有均勻頻率特性的基本上沒(méi)有定向干擾的輸出。
這些目的可按照本發(fā)明通過(guò)使用這一種方法而達(dá)到，該方法可很容易地以一個(gè)控制市面上可買到的DSP處理器的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。
附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明的目的，特性和優(yōu)點(diǎn)從以下的對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明將很容易看到，其中

圖1是總的系統(tǒng)方框圖；圖2是采樣單元的方框圖；圖3是采樣單元的另一個(gè)實(shí)施例的方框圖；圖4是在主信道矩陣和參考矩陣單元中使用的抽頭延時(shí)線的示意圖；圖5是主信道矩陣單元的示意圖；圖6是參考矩陣單元的示意圖；圖7是去色濾波器的示意圖；圖8是基于定向干擾的禁止單元的示意圖；圖9是頻率選擇性約束自適應(yīng)濾波器的示意圖；圖10是頻率選擇性加權(quán)-約束單元的方框圖；圖11是描繪可用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的程序的運(yùn)行的流程圖。
發(fā)明詳細(xì)描述圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)的方框圖。所顯示的系統(tǒng)具有傳感器陣列1、采樣單元2、主信道矩陣單元3、參考信道矩陣單元4、一組去色濾波器5、一組頻率選擇性約束的自適應(yīng)濾波器6、延時(shí)器7、差分單元8、禁止單元9、以及輸出D/A單元10。
具有各個(gè)傳感器1a-1d的傳感器陣列1接收來(lái)自與系統(tǒng)同軸的信號(hào)源的信號(hào)以及接收來(lái)自與系統(tǒng)偏軸地定位的干擾源的信號(hào)。傳感器陣列被連接到用于采樣接收信號(hào)的采樣單元2，它具有各個(gè)單獨(dú)的采樣元件2a-2d，其中每個(gè)元件被連接到相應(yīng)的各個(gè)傳感器，以產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)11。
采樣單元2的輸出被連接到主矩陣單元3，它產(chǎn)生代表在源的方向上接收的信號(hào)的主信道12。主信道包含源信號(hào)分量和干擾信號(hào)分量。
采樣單元2的輸出也被連接到參考信道矩陣單元4，它產(chǎn)生代表從除了信號(hào)源的方向以外的方向上接收的信號(hào)的參考信道13。這樣，參考信道代表了干擾信號(hào)。
參考信道通過(guò)去色濾波器5進(jìn)行濾波，該濾波器產(chǎn)生平坦頻率參考信道14，其頻譜幅度在感興趣的范圍內(nèi)基本上是平坦的。平坦頻率參考信道14被饋送到頻率選擇性約束的自適應(yīng)濾波器組6，它們產(chǎn)生抵消信號(hào)15。
在此同時(shí)，主信道12通過(guò)延時(shí)器7進(jìn)行延時(shí)，以使得它和抵消信號(hào)15同步。差分單元8然后從延時(shí)的主信道中減去抵消信號(hào)15，以產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)16，后者被D/A單元10轉(zhuǎn)換成模擬形式。數(shù)字輸出信號(hào)15被反饋到自適應(yīng)濾波器，用以更新自適應(yīng)濾波器的加權(quán)值。
平坦頻率參考信道14被饋送到禁止單元9，它估值每個(gè)平坦頻率參考信道的功率和主信道的功率，以及產(chǎn)生禁止信號(hào)19以阻止信號(hào)泄漏。
圖2描繪了采樣單元的優(yōu)選實(shí)施例。具有傳感器元件21a-21d的傳感器陣列21被連接到具有放大器元件22a-22d的模擬前端22，其中每個(gè)放大器元件被連接到相應(yīng)的傳感器元件的輸出。在定向微音器應(yīng)用中，每個(gè)傳感器可以是定向的微音器或者是全向的微音器。模擬前端放大接收的模擬傳感信號(hào)，以便匹配于對(duì)采樣元件的輸入的要求。來(lái)自模擬前端的輸出被連接到Δ-∑A/D轉(zhuǎn)換器組23，其中每個(gè)轉(zhuǎn)換器采樣和數(shù)字化已放大的模擬信號(hào)。Δ-∑采樣是熟知的使用過(guò)采樣與數(shù)字濾波的A/D技術(shù)。對(duì)于Δ-∑采樣的詳細(xì)內(nèi)容，可參看CrystalSemiconductor Corporation(Crystal半導(dǎo)體公司)的應(yīng)用指南Δ-∑技術(shù)，1989。
圖3顯示了采樣單元的另一個(gè)實(shí)施例。具有傳感器元件31a-31d的傳感器陣列31被連接到具有放大器元件32a-32d的放大器32，其中每個(gè)放大器元件放大來(lái)自相應(yīng)的傳感器元件的接收信號(hào)。放大器的輸出端被連接到具有采樣保持元件33a-33d的采樣保持(S/H)單元32，其中每個(gè)S/H元件采樣來(lái)自相應(yīng)的放大器元件的放大的模擬信號(hào)，以產(chǎn)生離散的信號(hào)。來(lái)自S/H單元的各個(gè)輸出通過(guò)多路復(fù)接器34被復(fù)接成一個(gè)單個(gè)信號(hào)。復(fù)接器的輸出端被連接到傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器35，以產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。
圖4是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的在主信道矩陣和參考矩陣單元中使用的抽頭延時(shí)線的示意圖。在這里使用的抽頭延時(shí)線被定義為非遞歸數(shù)字濾波器，它在技術(shù)上也被稱為橫向?yàn)V波器、有限沖擊響應(yīng)濾波器或FIR濾波器。所顯示的實(shí)施例具有4個(gè)抽頭延時(shí)線40a-40d。每個(gè)抽頭延時(shí)線包括延時(shí)元件41、乘法器42、和加法器43。數(shù)字信號(hào)44a-44d被饋送到抽頭延時(shí)線組40a-40d。通過(guò)延時(shí)元件41的延時(shí)信號(hào)被乘以濾波器系數(shù)，F(xiàn)ij,45并被相加，以產(chǎn)生輸出，46a-46d。
來(lái)自第i個(gè)抽頭延時(shí)線的第n個(gè)采樣Yi(n)然后可被表示為Yi(n)=(kj=0Fi,jXi(n-j)，其中k是濾波器長(zhǎng)度，及Xi(n)是輸入到第i個(gè)抽頭延時(shí)線的輸入的第n個(gè)采樣。
圖5描繪了按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于產(chǎn)生主信道的主信道矩陣單元。該單元具有抽頭延時(shí)線50a-50d，作為從采樣單元獲取輸入51a-51d的輸入部分。其輸出部分包括乘法器52a-52d，其中每個(gè)乘法器被連接到相應(yīng)的抽頭延時(shí)線和加法器53，它把來(lái)自乘法器的所有輸出信號(hào)相加。該單元產(chǎn)生主信道54，作為來(lái)自所有乘法器的輸出的加權(quán)和。濾波器加權(quán)值55a-55d可以是各個(gè)部分的組合，只要這些部分的總和是1。例如，如果使用了4個(gè)微音器，則實(shí)施例可使用1/4的濾波器加權(quán)值，以便計(jì)及每個(gè)微音器的貢獻(xiàn)。
該單元起到波束成形器，即空間濾波器的作用，它對(duì)于按所有方向進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行濾波，以便產(chǎn)生以特定的方向進(jìn)入的信號(hào)而不用實(shí)際地移動(dòng)傳感器陣列。抽頭延時(shí)線的系數(shù)和濾波器加權(quán)值被設(shè)置成使得所接收的信號(hào)被空間濾波從而朝向信號(hào)源的靈敏度最大化。
因?yàn)槟承└蓴_信號(hào)由于許多因素(例如房間的交混回響)而達(dá)到信號(hào)源，代表在信號(hào)源方向上的接收信號(hào)的主信道54不但包含源信號(hào)分量，而且也包含干擾信號(hào)分量。
圖6描繪了按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于產(chǎn)生參考矩陣信道的參考信道矩陣單元。它具有抽頭延時(shí)線60a-60d，作為從采樣單元獲取輸入61a-61d的輸入部分?？梢允褂门c圖4的抽頭延時(shí)線相同的抽頭延時(shí)線，在這種情況下，抽頭延時(shí)線可以被主信道矩陣單元和參考信道矩陣單元共用。
它的輸出部分包括乘法器62a-62d、63a-63d、64a-64d、和加法器65a-65d、其中每個(gè)乘法器被連接到相應(yīng)的抽頭延時(shí)線和加法器。該單元起到波束成形器的作用，產(chǎn)生代表相對(duì)于信號(hào)源偏軸地到達(dá)的信號(hào)的參考信道66a-66d，這是通過(guò)從抽頭遲時(shí)線獲得某些輸出組合的加權(quán)差值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。濾波器加權(quán)值組合可以是任何數(shù)目，只要它們的用于組合給定的參考信道的濾波器加權(quán)值的總和是零。例如，所顯示的實(shí)施例可使用波器加權(quán)值組合(W11,W12,W13,W14)=(0.25,0.25,0.25,-0.75)，以便組合信號(hào)61a-61d而產(chǎn)生參考信道66a。
最后效果是在朝向信號(hào)源的波束成形器的接收增益上設(shè)置一個(gè)零點(diǎn)(低靈敏度)。結(jié)果，參考信道代表在除了信號(hào)源方向以外的方向上的干擾信號(hào)。換句話說(shuō)，該單元“操縱”輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以得到干擾信號(hào)，而不用實(shí)際移動(dòng)傳感器陣列。
圖7是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的去色濾波器的示意圖。它是一個(gè)包括延時(shí)元件71、乘法器72、和加法器73的抽頭延時(shí)線。參考信道74被饋送到抽頭延時(shí)線。延時(shí)的信號(hào)被乘以濾波器系數(shù)Fi,75并被相加以產(chǎn)生輸出76。濾波器系數(shù)被設(shè)置成使得濾波器能放大輸入信號(hào)的低幅度頻率分量，以得到具有基本上平坦頻譜的輸出信號(hào)。
如在前面在“背景”節(jié)中所提到的，傳統(tǒng)自適應(yīng)波束成形器的輸出呈現(xiàn)非均勻的頻率特性。這時(shí)因?yàn)閰⒖夹诺啦⒉痪哂衅教诡l譜。朝向特定角度方向的波束成形器的接收靈敏度常常借助于增益曲線來(lái)描述。如前所述，參考信道是通過(guò)在增益曲線上在信號(hào)源的方向上設(shè)置零點(diǎn)(使得傳感器陣列不靈敏)而得到的。最終結(jié)果的增益曲線對(duì)于較低頻率信號(hào)比起較高頻率信號(hào)具有較低的增益。由于參考信道被修正以產(chǎn)生抵消信號(hào)，所以參考信道的非平坦頻譜在系統(tǒng)輸出中被轉(zhuǎn)換到非均勻頻率特性。
去色濾波器是固定系數(shù)濾波器，它通過(guò)提升參考信道的低頻部分而使參考信道的頻譜平坦化(因而，使參考信道“去色”)。通過(guò)把去色濾波器加到參考信道矩陣單元的所有輸出端，得到了在所有方向上基本上平坦的頻率響應(yīng)。
在所顯示的實(shí)施例中的去色濾波器使用了與有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器相同的抽頭延時(shí)線濾波器，但是在替換的實(shí)施例中，其它類型的濾波器，例如無(wú)限沖擊響應(yīng)(IIR)濾波器，也能被用于去色濾波器。
圖8示意地描繪了按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的禁止單元。它包括功率估值單元81、82，它們分別估值主信道83和每個(gè)參考信道84的功率。樣本功率估值單元85計(jì)算每個(gè)樣本的功率。乘法器86把每個(gè)樣本的功率乘以一個(gè)分?jǐn)?shù)α(它是在給定的平均時(shí)間間隔內(nèi)的樣本數(shù)的倒數(shù))，以便得出平均的樣本功率87。加法器88把平均樣本功率加到另一個(gè)乘法器89的輸出上，該乘法器把前面計(jì)算的主信道功率平均值90乘以(1-α)。新的主信道功率平均值是通過(guò)(新的樣本功率)×α+(老的樣本功率)×(1-α)而得到的。例如，如果使用了100個(gè)樣本平均值，α=0.01。更新的功率平均值將是(新的樣本功率)×0.01+(老的樣本功率)×0.09。這樣，更新的功率平均將是在每個(gè)采樣時(shí)刻可提供的，而不是在平均時(shí)間間隔以后可提供的。雖然所說(shuō)明的實(shí)施例顯示了功率平均值的“飛行(on the fly)”估值方法，但是在替換的實(shí)施例中其它類型的功率估值方法也可被使用。
乘法器91把主信道功率89與門限值92相乘，以得到歸一化的主信道功率平均值93。加法器94從歸一化的主信道功率平均值93減去參考信道功率平均值95，以產(chǎn)生差值96。如果差值是正的，則比較器97產(chǎn)生禁止信號(hào)98。禁止信號(hào)被提供給自適應(yīng)濾波器，以便停止自適應(yīng)處理，從而阻止信號(hào)泄漏。
雖然所說(shuō)明的實(shí)施例歸一化了主信道功率平均值，但替換實(shí)施例可歸一化參考信道功率平均值，而不是歸一化主信道功率平均值。例如，如果所說(shuō)明的實(shí)施例中的門限值92是0.25，則在替換實(shí)施例中通過(guò)把每個(gè)參考信道功率平均值乘以4來(lái)歸一化每個(gè)參考信道功率平均值，從而可得到同樣的效果。
這個(gè)禁止方法與在“背景”節(jié)中提到的現(xiàn)有技術(shù)的基于SNR的禁止方法的不同之處在于，它檢測(cè)出現(xiàn)有技術(shù)方法所不考慮的重大的定向干擾的存在。結(jié)果，基于定向干擾的禁止方法在沒(méi)有重大的定向干擾要被消除時(shí)停止自適應(yīng)處理，而現(xiàn)有技術(shù)方法不這樣做。
例如，在有弱的源信號(hào)(例如在語(yǔ)音間歇期間)和除了某些非相關(guān)的噪聲(諸如由于風(fēng)或傳感器結(jié)構(gòu)的機(jī)械振動(dòng)引起的噪聲)以外幾乎沒(méi)有定向干擾的情況下，基于SNR的方法會(huì)允許自適應(yīng)濾波器繼續(xù)進(jìn)行由于小的SNR引起的自適應(yīng)。繼續(xù)的自適應(yīng)處理是不希望的，因?yàn)槭紫戎挥蟹浅Ｐ〉亩ㄏ蚋蓴_要被消除，并且自適應(yīng)處理徒勞地搜索用以消除非相關(guān)的噪聲的新的濾波器加權(quán)值，這常常導(dǎo)致抵消接收信號(hào)中的源信號(hào)分量。
相反地，基于定向干擾的禁止機(jī)制將這樣地禁止自適應(yīng)處理，因?yàn)樽鳛閰⒖夹诺拦β势骄抵械姆瓷涞亩ㄏ蚋蓴_的強(qiáng)度將小于歸一化的主信道功率平均值，從而產(chǎn)生正的歸一化功率差值。結(jié)果自適應(yīng)處理被禁止直到有某些定向干擾被消除為止。
圖9顯示了按照本發(fā)明的頻率選擇性約束的自適應(yīng)濾波器連同差分單元。頻率選擇性約束的自適應(yīng)濾波器101包括有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器102、LMS加權(quán)值更新單元103、以及頻率選擇性加權(quán)約束單元104。在替換的實(shí)施例中，可以使用無(wú)限沖擊響應(yīng)(IIR)濾波器，而不用FIR濾波器。
平坦頻率參考信道105經(jīng)過(guò)一個(gè)FIR濾波器102，其濾波器加權(quán)值被調(diào)整成可產(chǎn)生一個(gè)非常近似于在主信道107中存在的實(shí)際干擾信號(hào)分量的抵消信號(hào)106。在優(yōu)選實(shí)施例中，主信道在一個(gè)延時(shí)以后從主信道矩陣單元得出，以便使主信道與抵消信號(hào)同步。通常，在主信道與抵消信號(hào)之間有一個(gè)延時(shí)，因?yàn)榈窒盘?hào)是借助于通過(guò)額外的延時(shí)級(jí)(即去色濾波器和自適應(yīng)濾波器)來(lái)處理參考信道而得到的。在替換實(shí)施例中，如果延時(shí)并不明顯，則可使用直接來(lái)自主信道矩陣單元的主信道。
差分單元108從主信道107減去抵消信號(hào)106，以產(chǎn)生輸出信號(hào)109。自適應(yīng)濾波器101調(diào)整濾波器加權(quán)值，W1-Wn，以使得輸出信號(hào)的功率最小化。當(dāng)濾波器加權(quán)值設(shè)定時(shí)，輸出信號(hào)109產(chǎn)生幾乎沒(méi)有實(shí)際干擾信號(hào)分量的源信號(hào)，因?yàn)榈窒盘?hào)106緊密地跟蹤干擾信號(hào)分量。輸出信號(hào)109被發(fā)送到輸出D/A單元，以產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)。輸出信號(hào)109也被用來(lái)調(diào)整自適應(yīng)濾波器加權(quán)值，以便進(jìn)一步減小干擾信號(hào)分量。
有許多方法連續(xù)地更新濾波器加權(quán)值。優(yōu)選實(shí)施例使用了最小均方(LMS)算法，它使得在主信道與抵消信號(hào)之間的差值的均方值最小化，但在替換實(shí)施例中，其它方法，諸如遞歸最小平方(RLS)，也可被使用。
在LMS算法中，自適應(yīng)濾波器加權(quán)值按照下式被更新Wp(n+1)=Wp(n)+2(r(n-p)e(n)
其中n是離散的時(shí)間自變量；Wp是自適應(yīng)濾波器的第p個(gè)濾波器加權(quán)值；e(n)是主信道信號(hào)和抵消信號(hào)之間的差信號(hào)；r(n)是參考信號(hào)；以及(是控制自適應(yīng)速度的自適應(yīng)常數(shù)。
圖10描繪了頻率選擇性加權(quán)值約束單元的優(yōu)選實(shí)施例。頻率選擇性加權(quán)值控制單元110包括快速傅立葉變換(FFT)單元112、一組頻率庫(kù)(bins)114、一組截?cái)鄦卧?15、一組存儲(chǔ)單元116、以及快速傅立葉反變換(IFFT)單元117，它們互相串聯(lián)連接。
FFT單元112接收自適應(yīng)濾波器加權(quán)值111，并執(zhí)行濾波器加權(quán)值111的FFT，以得到頻率代表值113。然后頻率代表值被分成一組頻帶，并被存儲(chǔ)在頻率庫(kù)114a-114h。每個(gè)頻率庫(kù)存儲(chǔ)了在分配給每個(gè)庫(kù)的特定帶寬內(nèi)的頻率代表值。該值代表了自適應(yīng)濾波器相對(duì)于源信號(hào)的一個(gè)具體頻率分量的運(yùn)行。每個(gè)截?cái)鄦卧?15a-115h把頻率代表值與分配給每個(gè)庫(kù)的門限值進(jìn)行比較，并在這些值超出門限值后將它們截?cái)唷＝財(cái)嗟念l率代表值在IFFT單元117把它們變換回新的濾波器加權(quán)值118之前臨時(shí)被存儲(chǔ)在116a-116h。
除了基于定向干擾的禁止機(jī)制以外，頻率選擇性加權(quán)值約束單元還基于接收的源信號(hào)的頻譜而控制自適應(yīng)處理。一旦自適應(yīng)濾波器開始工作，濾波器的輸出中的性能變化將或好或壞地變得很激烈。非控制的自適應(yīng)可快速地導(dǎo)致急劇的性能惡化。
加權(quán)值約束機(jī)制是基于觀察結(jié)果自適應(yīng)濾波器加權(quán)值中大的增加意味著信號(hào)泄漏。如果自適應(yīng)濾波器工作正常，則不需要濾波器把濾波器加權(quán)值增加到很大的值。但是，如果濾波器沒(méi)有正常地工作，則濾波器加權(quán)值趨向于增長(zhǎng)到很大的值。
減小增長(zhǎng)的一個(gè)方法是使用簡(jiǎn)單的截?cái)鄼C(jī)制來(lái)把濾波器加權(quán)值截?cái)嗟筋A(yù)定的門限值。這樣，即使總的信號(hào)功率可能高到足以觸發(fā)禁止機(jī)制，但加權(quán)值約束機(jī)制仍可阻止信號(hào)泄漏。
對(duì)于窄帶信號(hào)，例如語(yǔ)音信號(hào)或色調(diào)信號(hào)，在把它們的功率譜密度集中在窄的頻率范圍內(nèi)以后，信號(hào)泄漏可能沒(méi)有被顯示成在時(shí)域上的濾波器加權(quán)值的大的增長(zhǎng)。然而，在頻率域上的濾波器加權(quán)值將表示某些增加，因?yàn)樗鼈兇碜赃m應(yīng)濾波器響應(yīng)于源信號(hào)的特定頻率分量所產(chǎn)生的運(yùn)行。頻率選擇性加權(quán)值約束單元通過(guò)感知到濾波器加權(quán)的頻率代表值的大的增加而檢測(cè)到該條件。通過(guò)截?cái)嘣诟信d趣的窄頻帶時(shí)的頻率代表值以及把它們反變換返回到時(shí)域，該單元可以阻止涉及到窄帶信號(hào)的信號(hào)泄漏。
這里所描述的系統(tǒng)可通過(guò)使用市面上有售的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)系統(tǒng)(例如模擬器件2100系列)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖11顯示了描繪按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于DSP處理器的程序的運(yùn)行的流程圖。
在程序在步驟100開始后，程序就初始化寄存器和指針以及緩存器(步驟110)。然后，程序等待來(lái)自采樣單元的中斷，請(qǐng)求處理從傳感器陣列接收的樣本(步驟120)。當(dāng)采樣單元發(fā)送中斷(步驟131)，表示樣本已準(zhǔn)備好時(shí)，程序讀出樣本值(步驟130)并存儲(chǔ)該樣本值(步驟140)。程序通過(guò)使用實(shí)施抽頭延時(shí)線的子程序?qū)λ鎯?chǔ)的值進(jìn)行濾波，并存儲(chǔ)該濾波的輸入值(步驟141)。
然后程序恢復(fù)濾波的輸入值(步驟151)和參考信道矩陣系數(shù)(步驟152)，通過(guò)把這兩個(gè)值相乘來(lái)產(chǎn)生主信道(步驟150)，并存儲(chǔ)該結(jié)果(步驟160)。
該程序恢復(fù)濾波的輸入值(步驟171)和參考信道矩陣系數(shù)(172)，通過(guò)把這兩個(gè)值相乘(步驟170)來(lái)產(chǎn)生參考信道(參考信道#1)，并存儲(chǔ)該結(jié)果(步驟180)。步驟170和180被重復(fù)，以產(chǎn)生所有其它的參考信道(步驟190)。
該程序恢復(fù)參考信道之一(步驟201)和用于相應(yīng)的參考信道的去色濾波器系數(shù)(步驟202)，通過(guò)把兩個(gè)值相乘(步驟200)來(lái)產(chǎn)生平坦頻率參考信道，并存儲(chǔ)該結(jié)果(步驟210)。步驟200和210對(duì)于所有其它的參考信道加以重復(fù)(步驟220)。
程序恢復(fù)平坦頻率參考信道(步驟231)和自適應(yīng)濾波器系數(shù)(步驟232)，通過(guò)把兩個(gè)值相乘來(lái)產(chǎn)生抵消信號(hào)(步驟230)，并存儲(chǔ)該結(jié)果(步驟240)。步驟230和240對(duì)于所有其它的參考信道被重復(fù)，以產(chǎn)生更多的抵消信號(hào)(步驟250)。
程序恢復(fù)抵消信號(hào)(步驟262-263)，并從主信道(在步驟261中恢復(fù)的)中減去它們，以便抵消在主信道中的干擾信號(hào)分量(步驟260)。該輸出被發(fā)送到D/A單元，以便重現(xiàn)不帶干擾的模擬形式的信號(hào)(步驟264)。該輸出值也被存儲(chǔ)(步驟270)。
程序計(jì)算參考信道樣本的功率(步驟281)，并且恢復(fù)老的參考信道功率平均(步驟282)。程序使樣本功率乘以α，并使老的功率平均值乘以(1-α)，然后把它們相加(步驟280)，并存儲(chǔ)該結(jié)果作為新的功率平均值(步驟290)。這個(gè)過(guò)程對(duì)于所有其它參考信道重復(fù)進(jìn)行(步驟300)，并且存儲(chǔ)所有參考信道的功率平均值的總和(步驟310)。
程序使主信道樣本的功率(在步驟321恢復(fù))乘以α，以及老的主信道功率平均值(在步驟322恢復(fù))乘以(1-α)，把它們相加(步驟320)，并存儲(chǔ)該結(jié)果作為新的功率平均(步驟330)。
然后程序把主信道功率與門限值相乘，以得到歸一化的主信道功率平均值(步驟340)。該程序從歸一化主信道功率平均值中減去總的參考信道功率平均值(在步驟341恢復(fù))，以產(chǎn)生差值(步驟350)。如果差值是正的，則程序回到步驟120，在其中它只是等待另一個(gè)樣本。
如果差值是負(fù)的，則程序進(jìn)到加權(quán)值更新子程序。程序通過(guò)把[2×自適應(yīng)常數(shù)×參考信道樣本(在步驟361恢復(fù))×輸出(在步驟362恢復(fù))]加到老的濾波器加權(quán)值(在步驟363恢復(fù))而計(jì)算新的濾波器加權(quán)值，從而來(lái)更新加權(quán)值(步驟360)，并存儲(chǔ)該結(jié)果(步驟370)。
程序執(zhí)行新的濾波器加權(quán)值的FFT，以得到它們的頻率代表值(步驟380)。頻率代表值被劃分成幾個(gè)頻帶，并將其存儲(chǔ)在頻率庫(kù)組中(步驟390)。在每個(gè)庫(kù)中的頻率代表值與和每個(gè)庫(kù)有關(guān)的門限值相比較(步驟400)。如果該值超過(guò)門限值，則該值被截?cái)嗟介T限值(步驟410)。程序執(zhí)行IFFT，以便把頻率代表值轉(zhuǎn)換回濾波器加權(quán)值(步驟420)，并存儲(chǔ)該加權(quán)值(步驟430)。程序(步驟440)對(duì)于所有其它參考信道和相關(guān)的自適應(yīng)濾波器重復(fù)加權(quán)值更新程序步驟360-430。然后程序返回到步驟120，等待用于新的一輪的處理樣本的中斷(步驟450)。
雖然本發(fā)明是參照優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述的，但是它并不限于那些實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)看到，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和形式可作出修正而不背離在以下的權(quán)利要求中所規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1．自適應(yīng)系統(tǒng)，用于處理代表包含來(lái)自與傳感器陣列同軸的信號(hào)源的源信號(hào)以及來(lái)自相對(duì)于信號(hào)源偏軸地定位的干擾源的干擾信號(hào)的信號(hào)的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，和用于產(chǎn)生代表帶有相對(duì)于源信號(hào)而言減小了的干擾信號(hào)的源信號(hào)的數(shù)字輸出數(shù)據(jù)，包括主信道矩陣單元，用于從數(shù)字輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生主信道，主信道代表在信號(hào)源的方向上接收的信號(hào)，并具有源信號(hào)分量和干擾信號(hào)分量；參考信道矩陣單元，用于從數(shù)字輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生至少一個(gè)參考信道，每個(gè)參考信道代表在除了信號(hào)源的方向以外方向上接收的信號(hào)；至少一個(gè)具有自適應(yīng)濾波器加權(quán)值的自適應(yīng)濾波器，被連接來(lái)接收來(lái)自參考信道矩陣單元的信號(hào)，用于產(chǎn)生近似于主信道的干擾信號(hào)分量的抵消信號(hào)；差分單元，被連接來(lái)接收來(lái)自主信道矩陣單元和所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的信號(hào)，用于通過(guò)從主信道減去抵消信號(hào)而產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)；所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器也被連接來(lái)接收數(shù)字輸出數(shù)據(jù)，并包括加權(quán)值更新裝置，用于找到所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的新的濾波器加權(quán)值，從而使得在主信道與抵消信號(hào)之間的差值被最小化；以及加權(quán)值約束裝置，用于當(dāng)每個(gè)新的濾波器加權(quán)值超過(guò)相應(yīng)的門限值時(shí)把新的濾波器加權(quán)值截?cái)嗟筋A(yù)定的門限值。
2．權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個(gè)去色濾波器，用于對(duì)所述至少一個(gè)參考信道進(jìn)行濾波，以使得它具有的頻譜的幅度在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)基本上是平坦的。
3．權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括禁止裝置，它被連接來(lái)接收來(lái)自主信道矩陣單元和參考信道矩陣單元的信號(hào)，用于估值主信道的功率和至少一個(gè)參考信道的功率，以及用于當(dāng)在主信道與所述至少一個(gè)參考信道之間的歸一化功率差是正值時(shí)產(chǎn)生禁止信號(hào)給所述加權(quán)值更新裝置。
4．權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，其中傳感器是微音器。
5．自適應(yīng)系統(tǒng)，用于處理代表包含來(lái)自與傳感器陣列同軸的信號(hào)源的源信號(hào)以及來(lái)自相對(duì)于信號(hào)源偏軸地定位的干擾源的干擾信號(hào)的信號(hào)的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，和用于產(chǎn)生代表帶有相對(duì)于源信號(hào)而言減小了干擾信號(hào)的源信號(hào)的數(shù)字輸出數(shù)據(jù)，包括主信道矩陣單元，用于從數(shù)字輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生主信道，主信道代表在信號(hào)源的方向上接收的信號(hào)，并具有源信號(hào)分量和干擾信號(hào)分量；參考信道矩陣單元，用于從數(shù)字輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生至少一個(gè)參考信道，每個(gè)參考信道代表在除了信號(hào)源的方向以外方向上接收的信號(hào)；至少一個(gè)具有自適應(yīng)濾波器加權(quán)值的自適應(yīng)濾波器，被連接來(lái)接收來(lái)自參考信道矩陣單元的信號(hào)，用于產(chǎn)生近似于主信道的干擾信號(hào)分量的抵消信號(hào)；差分單元，被連接來(lái)接收來(lái)自主信道矩陣單元和所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的信號(hào)，用于通過(guò)從主信道減去抵消信號(hào)而產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)；所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器也被連接來(lái)接收數(shù)字輸出數(shù)據(jù)，并包括加權(quán)值更新裝置，用于找到所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的新的濾波器加權(quán)值，從而使得在主信道與抵消信號(hào)之間的差值被最小化；以及加權(quán)值約束裝置，用于把新的濾波器加權(quán)值轉(zhuǎn)換為頻率代表值，把頻率代表值截?cái)嗟筋A(yù)定的門限值，和把它們轉(zhuǎn)換回自適應(yīng)濾波器加權(quán)值。
6．權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個(gè)去色濾波器，用于對(duì)所述至少一個(gè)參考信道進(jìn)行濾波，以使得它具有的頻譜的幅度在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)基本上是平坦的。
7．權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于，還包括禁止裝置，它被連接來(lái)接收來(lái)自主信道矩陣單元和參考信道矩陣單元的信號(hào)，用于估值主信道的功率和至少一個(gè)參考信道的功率，以及用于當(dāng)在主信道與所述至少一個(gè)參考信道之間的歸一化功率差是正值時(shí)產(chǎn)生禁止信號(hào)給所述加權(quán)值更新裝置。
8．權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于，其中傳感器是微音器。
9．自適應(yīng)系統(tǒng)，用于接收來(lái)自相對(duì)于系統(tǒng)同軸的信號(hào)源的源信號(hào)以及來(lái)自相對(duì)于信號(hào)源偏軸地定位的干擾源的干擾信號(hào)，和用于產(chǎn)生帶有相對(duì)于源信號(hào)而言減小了的干擾信號(hào)的輸出信號(hào)，包括按空間地分布的傳感器的傳感器陣列，其每一個(gè)用于接收所述的源信號(hào)和干擾信號(hào)；采樣單元，被連接來(lái)接收來(lái)自傳感器陣列的信號(hào)，用于把這樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式；主信道矩陣單元，被連接來(lái)接收來(lái)自采樣單元的信號(hào)，用于產(chǎn)生代表在信號(hào)源的方向上接收的信號(hào)的主信道，主信道具有源信號(hào)分量和干擾信號(hào)分量；參考信道矩陣單元，被連接來(lái)接收來(lái)自采樣單元的信號(hào)，用于產(chǎn)生至少一個(gè)參考信道，每個(gè)參考信道代表在除了信號(hào)源的方向以外方向上接收的信號(hào)；至少一個(gè)具有自適應(yīng)濾波器加權(quán)值的自適應(yīng)濾波器，被連接來(lái)接收來(lái)自參考信道矩陣單元的信號(hào)，用于產(chǎn)生近似于主信道的干擾信號(hào)分量的抵消信號(hào)；差分單元，被連接來(lái)接收來(lái)自主信道矩陣單元和所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的信號(hào)，用于從主信道減去抵消信號(hào)，以便而產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)；輸出數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，用于把所述數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬形式；所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器也被連接來(lái)接收差分單元的數(shù)字輸出數(shù)據(jù)，并包括加權(quán)值更新裝置，用于找到所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的新的濾波器加權(quán)值，從而使得在主信道與抵消信號(hào)之間的差值被最小化；以及加權(quán)值約束裝置，用于當(dāng)每個(gè)新的濾波器加權(quán)值超過(guò)相應(yīng)的門限值時(shí)把新的濾波器加權(quán)值截?cái)嗟筋A(yù)定的門限值。
10．權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個(gè)去色濾波器，用于對(duì)所述至少一個(gè)參考信道進(jìn)行濾波，以使得它具有的頻譜的幅度在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)基本上是平坦的。
11．權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，還包括禁止裝置，它被連接來(lái)接收自主信道矩陣單元和參考信道矩陣單元的信號(hào)，用于估值主信道的功率和至少一個(gè)參考信道的功率，以及用于當(dāng)在主信道與所述至少一個(gè)參考信道之間的歸一化功率差是正值時(shí)產(chǎn)生禁止信號(hào)給所述加權(quán)值更新裝置。
12．權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，還包括延時(shí)裝置，用于延時(shí)主信道，從而使主信道在差分單元從主信道中減去抵消信號(hào)之前與抵消信號(hào)同步。
13．權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，其中傳感器是微音器。
14．權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其特征在于，其中傳感器是全向微音器。
15．權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其特征在于，其中傳感器是單向微音器。
16．權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，其中主信道矩陣單元包括波束成形器，用于空間濾波來(lái)自采樣單元的信號(hào)，以便呈現(xiàn)朝向信號(hào)源的最高的靈敏度。
17．權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，其中參考信道矩陣單元包括波束成形器，用于空間濾波來(lái)自采樣單元的信號(hào)，以便呈現(xiàn)朝向信號(hào)源的最低的靈敏度。
18．權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，其中所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器包括有限沖擊響應(yīng)濾波器，用于產(chǎn)生抵消信號(hào)。
19．權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，其中所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器包括無(wú)限沖擊響應(yīng)濾波器，用于產(chǎn)生抵消信號(hào)。
20．權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，其中加權(quán)值更新裝置使用最小均方算法，在其中主信道與抵消信號(hào)之間的差值的均方值被最小化。
21．自適應(yīng)系統(tǒng)，用于接收來(lái)自相對(duì)于系統(tǒng)同軸的信號(hào)源的源信號(hào)以及來(lái)自相對(duì)于信號(hào)源偏軸地定位的干擾源的干擾信號(hào)，和用于產(chǎn)生帶有相對(duì)于源信號(hào)而言減小了的干擾信號(hào)的輸出信號(hào)，包括按空間地分布的傳感器的傳感器陣列，其每一個(gè)用于接收這樣的源信號(hào)和干擾信號(hào)；采樣單元，被連接來(lái)接收來(lái)自傳感器陣列的信號(hào)，用于把這樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式；主信道矩陣單元，被連接來(lái)接收來(lái)自采樣單元的信號(hào)，用于產(chǎn)生代表在信號(hào)源的方向上接收的信號(hào)的主信道，主信道具有源信號(hào)分量和干擾信號(hào)分量；參考信道矩陣單元，被連接來(lái)接收來(lái)自采樣單元的信號(hào)，用于產(chǎn)生至少一個(gè)參考信道，每個(gè)參考信道代表在除了信號(hào)源的方向以外方向上接收的信號(hào)；至少一個(gè)具有自適應(yīng)濾波器加權(quán)值的自適應(yīng)濾波器，被連接來(lái)接收來(lái)自參考信道矩陣單元的信號(hào)，用于產(chǎn)生近似于主信道的干擾信號(hào)分量的抵消信號(hào)；差分單元，被連接來(lái)接收來(lái)自主信道矩陣單元和所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的信號(hào)，用于從主信道減去抵消信號(hào)，以便而產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)；輸出數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，用于把所述數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬形式；所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器也被連接來(lái)接收差分單元的數(shù)字輸出數(shù)據(jù)，并包括加權(quán)值更新裝置，用于找到所述至少一個(gè)自適應(yīng)濾波器的新的濾波器加權(quán)值，從而使得在主信道與抵消信號(hào)之間的差值被最小化；以及加權(quán)值約束裝置，用于通過(guò)把新的濾波器加權(quán)值轉(zhuǎn)換為頻率代表值來(lái)約束自適應(yīng)濾波器的運(yùn)行，把頻率代表值截?cái)嗟筋A(yù)定的門限值，和把它們轉(zhuǎn)換回自適應(yīng)濾波器加權(quán)值。
22．權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于，其中加權(quán)值約束裝置包括快速傅立葉變換單元，用于產(chǎn)生新的濾波器加權(quán)值的頻率代表值；頻率庫(kù)組，每個(gè)頻率庫(kù)用于存儲(chǔ)對(duì)于被分配給每個(gè)頻率庫(kù)的頻帶的頻率代表值；截?cái)嘌b置組，其每個(gè)被連接到相應(yīng)的頻率庫(kù)，用于當(dāng)頻率代表值超過(guò)與每個(gè)頻率庫(kù)有關(guān)的門限值時(shí)，把存儲(chǔ)在每個(gè)頻率庫(kù)中的頻率代表值截?cái)嗟筋A(yù)定門限值；以及快速傅立葉反變換單元，被連接到截?cái)嘌b置組，用于把來(lái)自截?cái)嘌b置組的值變換回自適應(yīng)濾波器加權(quán)值。
23．權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個(gè)去色濾波器，用于對(duì)所述至少一個(gè)參考信道進(jìn)行濾波，以使得它具有的頻譜的幅度在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)基本上是平坦的。
24．權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于，還包括禁止裝置，被連接來(lái)接收自主信道矩陣單元和參考信道矩陣單元的信號(hào)，用于估值主信道的功率和至少一個(gè)參考信道的功率，以及用于當(dāng)在主信道與所述至少一個(gè)參考信道之間的歸一化功率差是正值時(shí)產(chǎn)生禁止信號(hào)給所述加權(quán)值更新裝置。
25．權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于，其中傳感器是微音器。
26．權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于，其中主信道矩陣單元包括波束成形器，用于空間濾波來(lái)自采樣單元的信號(hào)，以便呈現(xiàn)朝向信號(hào)源的最高的靈敏度。
27．權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于，其中參考信道矩陣單元包括波束成形器，用于空間濾波來(lái)自采樣單元的信號(hào)，以便呈現(xiàn)朝向信號(hào)源的最低的靈敏度。
28．權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于，其中加權(quán)值更新裝置使用最小均方算法，在其中主信道與抵消信號(hào)之間的差值的均方值被最小化。
29．用于處理數(shù)字輸入數(shù)據(jù)和產(chǎn)生數(shù)字輸出數(shù)據(jù)的方法，該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)代表包含來(lái)自與傳感器陣列同軸的信號(hào)源的源信號(hào)以及來(lái)自相對(duì)于信號(hào)源偏軸地定位的干擾源的干擾信號(hào)的信號(hào)，該數(shù)字輸出數(shù)據(jù)代表帶有相對(duì)于源信號(hào)而言減小了干擾信號(hào)的源信號(hào)，包括以下步驟從數(shù)字輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生主信道，主信道代表在信號(hào)源的方向上接收的信號(hào)，并具有源信號(hào)分量和干擾信號(hào)分量；從數(shù)字輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生至少一個(gè)參考信道，其每個(gè)參考信道代表在除了信號(hào)源的方向以外方向上接收的信號(hào)；通過(guò)使用濾波器加權(quán)值來(lái)濾波至少一個(gè)參考信道，以便產(chǎn)生近似于主信道中的干擾信號(hào)分量的抵消信號(hào)；通過(guò)從主信道減去抵消信號(hào)而產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)；得出新的濾波器加權(quán)值，以使得在主信道與抵消信號(hào)之間的差值被最小化；以及當(dāng)每個(gè)新的濾波器加權(quán)值超過(guò)相應(yīng)的門限值時(shí)，把新的濾波器加權(quán)值截?cái)酁轭A(yù)定的門限值。
30．權(quán)利要求29的方法，其特征在于，還包括對(duì)所述至少一個(gè)參考信道進(jìn)行濾波以使得它具有幾乎平坦的頻譜的步驟。
31．權(quán)利要求29的方法，其特征在于，還包括以下步驟當(dāng)在主信道與所述至少一個(gè)參考信道之間的歸一化功率差是正值時(shí)禁止產(chǎn)生抵消信號(hào)。
32．用于處理數(shù)字輸入數(shù)據(jù)和產(chǎn)生數(shù)字輸出數(shù)據(jù)的方法，該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)代表包含來(lái)自與傳感器陣列同軸的信號(hào)源的源信號(hào)以及來(lái)自相對(duì)于信號(hào)源偏軸地定位的干擾源的干擾信號(hào)的信號(hào)，該數(shù)字輸出數(shù)據(jù)代表帶有相對(duì)于源信號(hào)而言減小了干擾信號(hào)的源信號(hào)，包括以下步驟從數(shù)字輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生主信道，主信道代表在信號(hào)源的方向上接收的信號(hào)，并具有源信號(hào)分量和干擾信號(hào)分量；從數(shù)字輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生至少一個(gè)參考信道，其每個(gè)參考信道代表在除了信號(hào)源的方向以外方向上接收的信號(hào)；通過(guò)使用濾波器加權(quán)值來(lái)濾波至少一個(gè)參考信道，以便產(chǎn)生近似于主信道中的干擾信號(hào)分量的抵消信號(hào)；通過(guò)從主信道減去抵消信號(hào)從而產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)；得出新的濾波器加權(quán)值，以使得在主信道與抵消信號(hào)之間的差值被最小化；以及通過(guò)把新的濾波器加權(quán)值轉(zhuǎn)換為頻率代表值、把頻率代表值截?cái)嗟筋A(yù)定的門限值、和把它們轉(zhuǎn)換回自適應(yīng)濾波器加權(quán)值，從而來(lái)約束新的濾波器加權(quán)值。
33．權(quán)利要求32的方法，其特征在于，其中約束新的濾波器加權(quán)值包括產(chǎn)生新的濾波器加權(quán)值的頻率代表值；把頻率代表值分到多個(gè)頻率庫(kù)；如果在每個(gè)頻率庫(kù)中的頻率代表值超過(guò)與每個(gè)頻率庫(kù)有關(guān)的門限值，則截?cái)嘣诿總€(gè)頻率庫(kù)中的頻率代表值；以及把頻率代表值變換回濾波器加權(quán)值。
34．權(quán)利要求33的方法，其特征在于，其中產(chǎn)生頻率代表值的步驟是通過(guò)使用快速傅立葉變換而完成的，以及變換回的步驟是通過(guò)使用快速傅立葉反變換而完成的。
35．權(quán)利要求32的方法，其特征在于，還包括對(duì)所述至少一個(gè)參考信道進(jìn)行濾波以使得它具有幾乎平坦的頻譜的步驟。
36．權(quán)利要求32的方法，其特征在于，還包括以下步驟當(dāng)在主信道與所述至少一個(gè)參考信道之間的歸一化功率差是正值時(shí)，禁止產(chǎn)生抵消信號(hào)。
37．用于接收來(lái)自信號(hào)源的源信號(hào)以及來(lái)自干擾源的干擾信號(hào)、和用于產(chǎn)生帶有相對(duì)于源信號(hào)而言減小了的干擾信號(hào)的輸出信號(hào)的方法，包括以下步驟從按空間地分布的傳感器的傳感器陣列接收模擬信號(hào)；采樣模擬信號(hào)，以便把它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；產(chǎn)生代表在信號(hào)源的方向上接收的信號(hào)的主信道，主信道具有源信號(hào)分量和干擾信號(hào)分量；產(chǎn)生至少一個(gè)參考信道，每個(gè)參考信道代表在除了信號(hào)源的方向以外方向上接收的信號(hào)；通過(guò)使用濾波器加權(quán)值對(duì)所述至少一個(gè)參考信道進(jìn)行濾波，以便產(chǎn)生近似于主信道中的干擾信號(hào)分量的抵消信號(hào)；通過(guò)從主信道減去抵消信號(hào)，來(lái)產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)；把數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬形式；得出新的濾波器加權(quán)值，以使得在主信道與抵消信號(hào)之間的差值最小化；以及當(dāng)每個(gè)新的濾波器加權(quán)值超過(guò)相應(yīng)的門限值時(shí)，把新的濾波器加權(quán)值截?cái)嗟筋A(yù)定的門限值。
38．權(quán)利要求37的方法，其特征在于，還包括對(duì)所述至少一個(gè)參考信道進(jìn)行濾波以使得它具有幾乎平坦的頻譜的步驟。
39．權(quán)利要求37的方法，其特征在于，還包括以下步驟當(dāng)在主信道與所述至少一個(gè)參考信道之間的歸一化功率差是正值時(shí)，禁止產(chǎn)生抵消信號(hào)。
40．用于接收來(lái)自信號(hào)源的源信號(hào)以及來(lái)自干擾源的干擾信號(hào)、和用于產(chǎn)生帶有相對(duì)于源信號(hào)而言減小了的干擾信號(hào)的輸出信號(hào)的方法，包括以下步驟從按空間地分布的傳感器的傳感器陣列接收模擬信號(hào)；采樣模擬信號(hào)，以便把它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；產(chǎn)生代表在信號(hào)源的方向上接收的信號(hào)的主信道，主信道具有源信號(hào)分量和干擾信號(hào)分量；產(chǎn)生至少一個(gè)參考信道，每個(gè)參考信道代表在除了信號(hào)源的方向以外方向上接收的信號(hào)；通過(guò)使用濾波器加權(quán)值對(duì)所述至少一個(gè)參考信道進(jìn)行濾波，以便產(chǎn)生近似于主信道中的干擾信號(hào)分量的抵消信號(hào)；通過(guò)從主信道減去抵消信號(hào)來(lái)產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)；把數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬形式；得出新的濾波器加權(quán)值，以使得在主信道與抵消信號(hào)之間的差值最小化；以及通過(guò)把新的濾波器加權(quán)值轉(zhuǎn)換為頻率代表值、把頻率代表值截?cái)嗟筋A(yù)定的門限值和把它們轉(zhuǎn)換回自適應(yīng)濾波器加權(quán)值，來(lái)約束新的濾波器加權(quán)值。
41．權(quán)利要求40的方法，其特征在于，其中約束新的濾波器加權(quán)值的步驟包括產(chǎn)生新的濾波器加權(quán)值的頻率代表值；把頻率代表值劃分成多個(gè)頻率庫(kù)；如果每個(gè)頻率庫(kù)中的頻率代表值超過(guò)與每個(gè)頻率庫(kù)有關(guān)的門限值，則截?cái)嘣诿總€(gè)頻率庫(kù)中的頻率代表值；以及把頻率代表值變換回濾波器加權(quán)值。
42．權(quán)利要求41的方法，其特征在于，其中產(chǎn)生頻率代表值的步驟是通過(guò)使用快速傅立葉變換而完成的，以及把它們變換回濾波器加權(quán)值的步驟是通過(guò)使用快速傅立葉反變換而完成的。
43．權(quán)利要求40的方法，其特征在于，還包括對(duì)所述至少一個(gè)參考信道進(jìn)行濾波以使得它具有幾乎平坦的頻譜的步驟。
44．權(quán)利要求40的方法，其特征在于，還包括以下步驟當(dāng)在主信道與所述至少一個(gè)參考信道之間的歸一化功率差是正值時(shí)，禁止產(chǎn)生抵消信號(hào)。
全文摘要
用于減小從傳感器陣列接收的信號(hào)中的干擾的自適應(yīng)系統(tǒng)和方法。自適應(yīng)濾波器被用來(lái)產(chǎn)生很近似于在接收信號(hào)中存在的干擾的低消信號(hào)。自適應(yīng)濾波器加權(quán)值被變換成頻域,在那里在所選擇的頻率范圍中的頻率代表值被截?cái)?以避免包括窄帶信號(hào)的信號(hào)泄漏。去色濾波器被用來(lái)產(chǎn)生具有平坦頻譜的抵消信號(hào)。歸一化的功率差值被用來(lái)把自適應(yīng)濾波器的運(yùn)行限制到某些定向干擾即將被消除的狀況。
文檔編號(hào)G01S7/288GK1228889SQ97197565
公開日1999年9月15日 申請(qǐng)日期1997年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月27日
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