JPWO2007123051A1 - 適応アレイ制御装置、方法、プログラム、及び適応アレイ処理装置、方法、プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
以降、説明を簡単にするため、マイクロフォンが直線上に等間隔に配置されている場合を考える。また、目標音源がマイクロフォンの配置されている直線から十分に離れており、目標音源の方向は前記直線に対して直交していると仮定する。
適応ブロッキング行列回路は、前記固定ビームフォーマ出力を参照信号として、適応フィルタによって生成した擬似目標信号を前記複数のセンサ信号から差し引き、多入力キャンセラに供給する。適応ブロッキング行列回路の適応フィルタ係数は、固定ビームフォーマ出力と適応ブロッキング行列回路の出力を用いて、適応ブロッキング行列回路の出力が最小化されるように更新される。多入力キャンセラは、ブロッキング行列回路の出力を参照信号として、適応フィルタによって生成した擬似妨害信号を、前記固定ビームフォーマ出力から差し引く。この減算処理によって得られた信号においては、目標信号が強調され、妨害信号が抑圧されており、これをアレイ装置出力とする。この減算処理により、出力信号の妨害信号に対する相関が除去される。多入力キャンセラの適応フィルタ係数は、ブロッキング行列回路出力と多入力キャンセラ出力を用いて、多入力キャンセラ出力が最小化されるように更新される。
ディレイアンドサムビームフォーマは、複数のセンサ信号を各信号に固有のサンプル数だけ遅延させ、さらに各信号に固有の係数を乗算した後に、総和を計算して出力する。各信号の遅延時間は、各センサ信号を遅延した後に、それに含まれる目標信号の位相が同じになるように設定する。その結果、ディレイアンドサムビームフォーマの出力に含まれる目標信号が強調される。一方、目標信号とは異なる方向から到来する妨害信号は、前記の各遅延信号において、位相が互いに異なるため、加算によって互いに打ち消し合い、減衰する。
従って、ディレイアンドサムビームフォーマの出力では、目標信号が強調され、妨害信号が減衰する。フィルタアドサムビームフォーマは、ディレイアンドサムビームフォーマにおける複数のセンサ信号に対する遅延と定数倍が、フィルタで置換された構成を有する。これら複数のフィルタは、ディレイアンドサムビームフォーマにおける遅延と定数倍の効果が、各周波数に対して異なるようにすることができる。このため、スペクトルが平坦でない信号に対して、目標信号強調効果がディレイアンドサムビームフォーマよりも高い。
図22に非特許文献9に開示されている適応アレイ処理装置と、非特許文献10に開示された適応モード制御装置を組み合わせた構成を示す。非特許文献9に開示されている適応アレイ処理装置は、固定ビームフォーマ200、適応ブロッキング行列回路300、遅延素子400、及び多入力キャンセラ500から構成される。適応モード制御装置は、ブロッキング行列回路310、SIR推定部700、及び比較部800から構成される。
また、前記第1のアレイ処理部は、前記第1のアレイ処理信号を処理する第1のフィルタを具備することを特徴とする。
さらに、前記第2のアレイ処理部は、前記第2のアレイ処理信号を処理する第2のフィルタを具備することを特徴とする。
そうして、前記第2のアレイ処理部は、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から構成されることを特徴とする。
さらに、前記第2のアレイ処理部は、複数の異なった周波数帯域の信号を独立にアレイ処理する複数のサブアレイ処理部から構成されることを特徴とする。
また、前記第1の制御信号生成工程では、前記第1および第2のアレイ処理信号生成工程で得られる前記第1のアレイ処理信号と前記第2のアレイ処理信号の相関を用いて前記制御信号を生成することを特徴とする。
また、前記第1および第2のアレイ処理信号生成工程で得られる前記第2のアレイ処理信号をフィルタ処理して第2のフィルタ処理信号を求める第2のフィルタ処理信号生成工程を有し、この工程で得られる前記第2のフィルタ処理信号を用いて前記制御信号を求めることを特徴とする。
さらに、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して第2のアレイ処理信号を求めることを特徴とする。
さらに、複数の異なった周波数帯域に対応した複数のアレイ処理を行って複数のサブアレイ処理信号を求めるサブアレイ処理信号生成工程を有し、このサブアレイ処理信号生成工程で得られた前記サブアレイ処理信号を用いて前記第2のアレイ処理信号を求めることを特徴とする。
また、前記第1のアレイ処理部と、前記第2のアレイ処理部とは、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して第1及び第2のアレイ処理信号を求めることを特徴とする。
また、前記第1のアレイ処理信号生成工程及び前記第2のアレイ処理信号生成工程では、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して第1及び第2のアレイ処理信号を求めることを特徴とする。
本発明の第1の実施形態に基づく適応アレイ制御装置を備えた適応アレイ装置のブロック図を、図1に示す。また、この適応アレイ装置の動作フローチャートを図21に示す。第1の実施形態は、図22に示された従来の適応アレイ制御装置において、ブロッキング行列回路310とSIR計算部700を、漏れブロッキング行列回路330並びに340、及び相関計算部920で置き換えたものである。以下、漏れブロッキング行列回路330並びに340、及び相関計算部920の動作を中心に、構成と効果について説明する。
漏れブロッキング行列回路340は目標信号を減衰する、すなわち妨害信号を強調する第2のアレイ処理を行って第2のアレイ処理信号を出力する(S52)。この両出力の相互相関が相関計算部920で計算された後、制御信号生成部に送られる。
一方、正面以外の方向から到来する妨害信号に対する漏れブロッキング行列回路330及び340の出力信号の位相差は、180度に近い大きな値となる。漏れブロッキング行列回路330及び340の出力信号は、相関計算部920に供給される。相関計算部920では、漏れブロッキング行列回路330及び340の出力の相互相関を計算し、制御部800に伝達する(S53)。
ここでは、正規化相互相関を例として動作を説明したが、目標信号に対して1に近い大きな値を持ち、妨害信号に対して相関が小さい指標であれば、いかなるものでも用いることができる。また、その反対に、妨害信号に対して1に近い大きな値を持ち、目標信号に対して相関が小さい指標であっても同様の効果が期待できる。
閾値より正規化相互相関が小さいときは、適応ブロッキング行列回路300で係数更新を停止し、多入力キャンセラで係数更新を実行するような信号を発生し、それぞれ適応ブロッキング行列回路300と多入力キャンセラ500に供給する(S54)。
また、求められた正規化相互相関の値を、目標信号が妨害信号に対して強いときに大きな値を、そうでないときに小さな値をとるような利得に変換して、適応ブロッキング行列回路300と多入力キャンセラ500に供給することもできる(S54)。ただし、この利得は、0と1の範囲の値をとるように正規化されているものとする。
多入力キャンセラ500では、第3のアレイ処理(S57)で得られる第3のアレイ処理信号を遅延処理(S58)した信号から適応ブロッキング行列回路300での処理信号と相関のある信号成分を適応アレイ処理により消去して(S56)、強調信号を出力する(S59)。
構造の対称性によって、それぞれの出力信号z3(k)とz4(k)は、正面以外の方向から到来する妨害信号に対して、特に低域で大きな位相差を生じる。また、正面から到来する目標信号に対して、z3(k)=z4(k)=0が成立する。従って、目標信号に対しては、z3(k)とz4(k)の正規化相互相関はゼロになる。
本発明の第2の実施形態に基づく適応アレイ制御装置を備えた適応アレイ装置のブロック図を、図14に示す。第2の実施形態では、図1に示された第1の実施形態の適応アレイ制御装置において、漏れブロッキング行列回路330と相関計算部920の間にフィルタ334を、漏れブロッキング行列回路340と相関計算部920の間にフィルタ344を装備した構成となっている。
フィルタ334及び344は、漏れブロッキング行列回路330と340によって定められる空間選択性の、特に正面以外の方向に対する減衰特性が、方向に対して平坦になるような周波数を通過帯域とするように設計する。フィルタ334及び344を装備することによって、これらのフィルタの出力信号を用いて相関計算部920で計算される相互相関が、目標信号と妨害信号に対して大きな違いを生じ、相互相関を用いた目標信号と妨害信号の区別を正確に行うことができる。これは、目標信号が支配的な目標信号区間と妨害信号が支配的な妨害信号区間を正確に区別できることを意味している。これ以外の動作、及びその効果は、既に図1を用いて説明した第1の実施形態と同様である。
本発明の第3の実施形態に基づく適応アレイ制御装置を備えた適応アレイ装置のブロック図を、図16に示す。第3の実施形態は、図15に示された第2の実施形態の適応アレイ制御装置において、漏れブロッキング行列回路330とフィルタ334、漏れブロッキング行列回路340とフィルタ344に加えて、漏れブロッキング行列回路350とフィルタ354、漏れブロッキング行列回路360とフィルタ364を備えていることである。漏れブロッキング行列回路360は、フィルタ334によって主として低域信号に作用する漏れブロッキング行列回路330に対して、高域信号に対する効果を生じるためのものである。
漏れブロッキング行列回路における、漏れ係数giの設計手続きを図19のフローチャートに示す。
前記条件を満たす漏れ係数giが存在しないときには、ρ=0dBでγハットのθに対する分散が最小となるgiを選択する(S109)。
図20は、本発明の第4の実施形態に基づく適応アレイ制御装置を備えた適応アレイ装置のブロック図である。本発明の第4の実施形態は、プログラム制御により動作するコンピュータ(中央処理装置;プロセッサ;データ処理装置)1000と、入力端子1010〜101M-1、及び出力端子600とから構成されている。コンピュータ(中央処理装置;プロセッサ;データ処理装置)1000は、固定ビームフォーマ200、適応ブロッキング行列回路300、遅延素子400、及び多入力キャンセラ500、漏れブロッキング行列回路330、340、相関計算部920、比較部800を含む。加えて、フィルタ334及びフィルタ344を含むこともできる。さらに加えて、漏れブロッキング行列回路350、360、フィルタ354及びフィルタ364、乗算器355、365、加算器336、346を含む構成とすることもできる。
1010〜101M-1 入力端子
200 固定ビームフォーマ
300 適応ブロッキング行列回路
310 ブロッキング行列回路
311、3320〜332M-2、3421〜342M-1 減算器
330、340、350、360 漏れブロッキング行列回路
333、343、336、346 加算器
334、344、354、364 フィルタ
3311-331M-2、3411-341M-2、355、365 乗算器
400 遅延素子
500 多入力キャンセラ
600 出力端子
700 目標信号対妨害信号比(SIR)計算部
800 比較部
920 相関計算部
1000 コンピュータ
本発明の第1の実施形態に基づく適応アレイ制御装置を備えた適応アレイ装置のブロック図を、図1に示す。また、この適応アレイ装置の動作フローチャートを図21に示す。第1の実施形態は、図22に示された従来の適応アレイ制御装置において、ブロッキング行列回路310とSIR計算部700を、漏れブロッキング行列回路330並びに340、及び相関計算部920で置き換えたものである。以下、漏れブロッキング行列回路330並びに340、及び相関計算部920の動作を中心に、構成と効果について説明する。
[0042]
[0043]
漏れブロッキング行列回路330及び340の入力信号は、従来例におけるブロッキング行列回路310の入出力信号と等しい。漏れブロッキング行列回路330及び340は対称な構造を有し、正面から到来する目標信号に対する利得は等しく、目標信号を減衰させる空間選択性を有する。
一方、正面以外の方向から到来する妨害信号に対する漏れブロッキング行列回路330及び340の出力信号の位相差は、180度に近い大きな値となる。漏れブロッキング行列回路330及び340の出力信号は、相関計算部920に供給される。相関計算部920では、漏れブロッキング行列回路330及び340の出力の相互相関を計算し、制御部800に伝達する(S53)。
[0044]
相互相関としては、例えば、漏れブロッキング行列回路330及び340の各出力サンプルの積を過去の複数サンプルに対して累算したものを、漏れブロッキング行列回路330及び340の出力の各サンプルをそれぞれ過去の複数サンプルに対して累算した結果の平方根の積で除した結果である正規化相互相関を用いることができる。このように定められる、サンプルnにおける正規化相互相関γ(n)は、次式で与えられる。
[0045]
[数1]
Claims (27)
- アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号の内の第1の信号に対して利得が非ゼロである第1のアレイ処理を行って第1のアレイ処理信号を求める第1のアレイ処理部と、
前記第1のアレイ処理と振幅応答が等しく位相応答がほぼ逆となる第2のアレイ処理を行って第2のアレイ処理信号を求める第2のアレイ処理部と、
前記第1及び第2のアレイ処理信号を用いて制御信号を求める制御信号発生部と、
前記制御信号を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する制御部と
を具備することを特徴とする適応アレイ制御装置。 - 前記制御信号発生部は、前記第1のアレイ処理信号と第2のアレイ処理信号の相関を求める相関部を具備することを特徴とする請求項1に記載の適応アレイ制御装置。
- 前記第1のアレイ処理部は、前記第1のアレイ処理信号を処理する第1のフィルタを具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の適応アレイ制御装置。
- 前記第2のアレイ処理部は、前記第2のアレイ処理信号を処理する第2のフィルタを具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の適応アレイ制御装置。
- 前記第1のアレイ処理部は、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から構成されることを特徴とする請求項1、2又は3のいずれかに記載の適応アレイ制御装置。
- 前記第2のアレイ処理部は、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から構成されることを特徴とする請求項1、2又は4のいずれかに記載の適応アレイ制御装置。
- 前記第1のアレイ処理部は、複数の異なった周波数帯域の信号を独立にアレイ処理する複数のサブアレイ処理部から構成されることを特徴とする請求項1、2、3又は5に記載の適応アレイ制御装置。
- 前記第2のアレイ処理部は、複数の異なった周波数帯域の信号を独立にアレイ処理する複数のサブアレイ処理部から構成されることを特徴とする請求項1、2、4又は6のいずれかに記載の適応アレイ制御装置。
- 入力信号が等しく、出力信号の位相差が、アレイに垂直な方向から到来する信号に対してはゼロ、それ以外の方向から到来する信号に対しては方向に対応したゼロと180度の間の値をとる第1と第2のアレイ処理を行って第1のアレイ処理信号と第2のアレイ処理信号を求める第1および第2のアレイ処理信号生成工程と、
この工程で求まった前記第1及び第2のアレイ処理信号を用いて入力信号中の目標信号とそれ以外の信号の相対的な割合に基づく制御信号を求める第1の制御信号生成工程と、
前記制御信号を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する第1のパラメータ調整制御工程とを備えることを特徴とする適応アレイ制御の方法。 - 前記第1および第2のアレイ処理信号生成工程で実行される前記第1のアレイ処理と前記第2のアレイ処理は、目標信号に対する利得が非ゼロであることを特徴とする請求項9に記載の適応アレイ制御の方法。
- 前記第1の制御信号生成工程では、前記第1および第2のアレイ処理信号生成工程で得られる前記第1のアレイ処理信号と前記第2のアレイ処理信号の相関を用いて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項9又は10に記載の適応アレイ制御の方法。
- 前記第1の制御信号生成工程では、前記第1および第2のアレイ処理信号生成工程で得られる前記第1のアレイ処理信号をフィルタ処理して第1のフィルタ処理信号を求める第1のフィルタ処理信号生成工程を有し、この工程で得られる前記第1のフィルタ処理信号を用いて前記制御信号を求めることを特徴とする請求項9、10又は11に記載の適応アレイ制御の方法。
- 前記第1の制御信号生成工程では、前記第1および第2のアレイ処理信号生成工程で得られる前記第2のアレイ処理信号をフィルタ処理して第2のフィルタ処理信号を求める第2のフィルタ処理信号生成工程を有し、この工程で得られる前記第2のフィルタ処理信号を用いて前記制御信号を求めることを特徴とする請求項9、10又は11に記載の適応アレイ制御の方法。
- 前記第1のアレイ処理信号生成工程では、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して第1のアレイ処理信号を求めることを特徴とする請求項9ないし12のいずれか1項に記載の適応アレイ制御の方法。
- 前記第2のアレイ処理信号生成工程では、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して第2のアレイ処理信号を求めることを特徴とする請求項9、10、11又は13に記載の適応アレイ制御の方法。
- 前記第1のアレイ処理信号生成工程は、複数の異なった周波数帯域に対応した複数のアレイ処理を行って複数のサブアレイ処理信号を求めるサブアレイ処理信号生成工程を有し、このサブアレイ処理信号生成工程で得られた前記サブアレイ処理信号を用いて前記第1のアレイ処理信号を求めることを特徴とする請求項9、10、11、12又は14に記載の適応アレイ制御の方法。
- 前記第2のアレイ処理信号生成工程は、複数の異なった周波数帯域に対応した複数のアレイ処理を行って複数のサブアレイ処理信号を求めるサブアレイ処理信号生成工程を有し、このサブアレイ処理信号生成工程で得られた前記サブアレイ処理信号を用いて前記第2のアレイ処理信号を求めることを特徴とする請求項9、10、11、13又は15に記載の適応アレイ制御の方法。
- 第1の信号に対する利得が非ゼロである第1のアレイ処理を行って第1のアレイ処理信号を求める機能と、
前記第1のアレイ処理と振幅応答が等しく位相応答がほぼ逆となる第2のアレイ処理を行って第2のアレイ処理信号を求める機能と、
前記第1及び第2のアレイ処理信号を用いて制御信号を求める機能と、
前記制御信号を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する機能とをコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする適応アレイ制御用プログラム。 - 入力信号が等しく、出力信号の位相差が、アレイに垂直な方向から到来する信号に対してはゼロ、それ以外の方向から到来する信号に対しては方向に対応したゼロと180度の間の値をとる第1と第2のアレイ処理を行って第1のアレイ処理信号と第2のアレイ処理信号を求める第1のアレイ処理部と第2のアレイ処理部と、
前記第1及び第2のアレイ処理信号を用いて信号到来方向の正面からのずれを推定する方向推定部を具備することを特徴とするアレイ処理装置。 - アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号の内の第1の信号を他の信号に対して強調させて第3のアレイ処理信号を求める第3のアレイ処理部と、
前記第1の信号を他の信号に対して減衰させて第4のアレイ処理信号を求める第4のアレイ処理部と、
前記第4のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第3のアレイ処理信号から適応アレイ処理によって消去する相関除去部と、
前記第1の信号に対する利得が非ゼロである第1のアレイ処理を行って第1のアレイ処理信号を求める第1のアレイ処理部と、
前記第1のアレイ処理と振幅応答が等しく位相応答がほぼ逆となる第2のアレイ処理を行って第2のアレイ処理信号を求める第2のアレイ処理部と、
前記第1及び第2のアレイ処理信号を用いて制御信号を求める制御信号発生部と、
前記制御信号を用いて適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する制御部と
を具備することを特徴とする適応アレイ処理装置。 - 前記制御信号発生部は、前記第1のアレイ処理信号と第2のアレイ処理信号の相関を求める相関部を具備することを特徴とする請求項20に記載の適応アレイ処理装置。
- 前記第1のアレイ処理部と、前記第2のアレイ処理部とは、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して第1及び第2のアレイ処理信号を求めることを特徴とする請求項20又は21に記載の適応アレイ処理装置。
- 入力信号が等しく、出力信号の位相差が、アレイに垂直な方向から到来する信号に対してはゼロ、それ以外の方向から到来する信号に対しては方向に対応したゼロと180度の間の値をとる第1と第2のアレイ処理を行って第1のアレイ処理信号と第2のアレイ処理信号を求める第1および第2のアレイ処理信号生成工程と、この工程で求まった前記第1及び第2のアレイ処理信号を用いて信号到来方向の正面からのずれを推定する信号ずれ推定工程とを有することを特徴とするアレイ処理の方法。
- アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号の内の第1の信号を他の信号に対して強調して第3のアレイ処理信号を求める第3のアレイ処理信号生成工程と、
前記第1の信号を他の信号に対して減衰させて第4のアレイ処理信号を求める第4のアレイ処理信号生成工程と、
前記第4のアレイ処理信号生成工程で求めた前記第4のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第3のアレイ処理信号から適応アレイ処理によって消去する適応アレイ処理工程と、
前記第1の信号に対する利得が非ゼロである第1のアレイ処理を行って第1のアレイ処理信号を求める第1のアレイ処理信号生成工程と、
前記第1のアレイ処理と振幅応答が等しく位相応答がほぼ逆となる第2のアレイ処理を行って第2のアレイ処理信号を求める第2のアレイ処理信号生成工程と、
前記第1及び第2のアレイ処理信号生成工程で求めた前記第1及び第2のアレイ処理信号を用いて制御信号を求める第2の制御信号生成工程と、
この工程で得られた前記制御信号を用いて前記適応アレイ処理工程におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する第2のパラメータ調整制御工程と
を有することを特徴とする適応アレイ処理の方法。 - 前記第2の制御信号生成工程では、前記第1のアレイ処理信号と第2のアレイ処理信号の相関を用いて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項24に記載の適応アレイ処理の方法。
- 前記第1のアレイ処理信号生成工程及び前記第2のアレイ処理信号生成工程では、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対から得られる信号をアレイ処理して第1及び第2のアレイ処理信号を求めることを特徴とする請求項24又は25に記載の適応アレイ処理の方法。
- 第1の信号を他の信号に対して強調して第3のアレイ処理信号を求める機能と、
第1の信号を他の信号に対して減衰させて第4のアレイ処理信号を求める機能と、
前記第4のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第3のアレイ処理信号から適応アレイ処理によって消去する機能と、
第1の信号に対する利得が非ゼロである第1のアレイ処理を行って第1のアレイ処理信号を求める機能と、
前記第1のアレイ処理と振幅応答が等しく位相応答がほぼ逆となる第2のアレイ処理を行って第2のアレイ処理信号を求める機能と、
前記第1及び第2のアレイ処理信号を用いて制御信号を求める機能と、
前記制御信号を用いて前記適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御する機能とをコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする適応アレイ処理用プログラム。
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