基于ADMM的麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115038012A(43)申请公布日2022.09.09(21)申请号202210957514.0(22)申请日2022.08.10(71)申请人湖北工业大学地址430070湖北省武汉市洪山区南李路28号(72)发明人张正文张振平(74)专利代理机构武汉华强专利代理事务所(普通合伙)42237专利代理师肖畅(51)Int.Cl.H04R1/40(2006.01)G06F17/15(2006.01)G06F17/18(2006.01)权利要求书4页说明书13页附图18页(54)发明名称基于ADMM的麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成方法(57)摘要本发明公开了基于ADMM的麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成方法，包括：构建波束设计模型：以麦克风阵列权向量的二范数最小为目标函数来最大化阵列鲁棒性；第一约束条件为：设计波束图目标方向的无失真约束；第二约束条件为：设计波束图与目标波束图的主瓣部分之差约束在给定的第一误差内；第三约束条件为：将设计波束图的旁瓣区域划分为若干均匀分布的角，各旁瓣分别约束在给定的第二误差内；采用交替方向乘子法迭代求解波束设计模型，获得最优的麦克风阵列权向量；利用最优的麦克风阵列权向量获得设计波束图。本发明方法可获得性能指标优且主瓣频率不变性保持良好的波束图，且相对现有的内点法求解，本发明所采用求解方法的运算速度显著加快。CN115038012ACN115038012A权利要求书1/4页1.基于ADMM的麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成方法，其特征是，包括：构建波束设计模型，包括目标函数和约束条件；所述目标函数为麦克风阵列权向量的二范数最小以最大化阵列鲁棒性；所述约束条件包括第一约束条件、第二约束条件、第三约束条件；第一约束条件为：设计波束图目标方向的无失真约束；第二约束条件为：设计波束图与目标波束图的主瓣部分之差约束在给定的第一误差范围内；第三约束条件为：将设计波束图的旁瓣区域划分为若干均匀分布的角，各旁瓣分别约束在给定的第二误差范围内；采用交替方向乘子法迭代求解波束设计模型，获得最优的麦克风阵列权向量；利用最优的麦克风阵列权向量获得设计波束图。2.如权利要求1所述的基于ADMM的麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成方法，其特征是：所述目标波束图采用差分麦克风阵列波束图。3.如权利要求1所述的基于ADMM的麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成方法，其特征是：所构建的波束设计模型如下：；表示麦克风阵列权向量的二范数最小；为第一约束条件；为第二约束条件；为第三约束条件；其中，表示共轭转置运算符；表示方向角的信号的转向矢量；表示主瓣角度信号的转向矢量，表示第个主瓣角度，，表示主瓣角度数量；表示旁瓣角度信号的转向矢量，表示第个旁瓣角度，，表示旁瓣角度数；表示目标波束图的主瓣部分；表示第一误差；表示第二误差。4.如权利要求1所述的基于ADMM的麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成方法，其特征是：所述采用交替方向乘子法迭代求解波束设计模型，具体包括：第一步，引入辅助变量和，采用辅助变量重新表达波束设计模型，消除第二约束条件和第三约束条件间的耦合，其中，，，和分别表示目标波束图和设计波束图的主瓣部分,表示设计波束图的旁瓣部分；第二步，求解新的波束设计模型表示为增广拉格朗日函数，利用交替方向乘子法迭代求解该增广拉格朗日函数；第二步进一步包括：S100：初始化参数，其中，，表示第2CN115038012A权利要求书2/4页个主瓣角度，，表示主瓣角度数量；，表示第个旁瓣角度，，表示旁瓣角度数；为麦克风阵列权向量，、、均为缩放因子，、、为迭代步长，上标表示为迭代到第代，时表示迭代初始值；S200：利用当前的、、、、，求解增广拉格朗日函数更新；S300：利用当前的，，，，，将增广拉格朗日函数分解为个子问题分别求解，并获得；S400：利用当前的、、、、，求解增广拉格朗日函数更新；S500：利用当前的、、、、，求解增广拉格朗日函数更新；S600：利用当前的、、、、，求解增广拉格朗日函数更新；S700：利用当前的、、、、，求解增广拉格朗日函数；终止，输出当前的权向量S800：重复迭代S200~S600，直至满足预设的终止条件；当迭代。5.如权利要求4所述的基于ADMM的麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成方法，其特征是：步骤S200中，通过求解下式问题来更新：；其中，表示主瓣角度信号的转向矢量，表示第个主瓣角度，，表示主瓣角度数量；表示目标波束图的主瓣部分；表示第一误差。6.如权利要求4所述的基于ADMM的麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成方法，其特征是：步骤S300中，通过令依次取1、2、…，再依次求解下式更新：；其中，表示旁瓣角度信号的转向矢量，表示第个旁瓣角度，，表示旁瓣角度数；表示第二误差。7.如权利要