JP2002511591A - センサアレイを用いての電波源の方向決定 - Google Patents

センサアレイを用いての電波源の方向決定

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JP2002511591A JP2000543847A JP2000543847A JP2002511591A JP 2002511591 A JP2002511591 A JP 2002511591A JP 2000543847 A JP2000543847 A JP 2000543847A JP 2000543847 A JP2000543847 A JP 2000543847A JP 2002511591 A JP2002511591 A JP 2002511591A
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マラッシュ，ジョセフ
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アンドレア エレクトロニクス コーポレイション
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Abstract

(57)【要約】 精密方向の有効性を判断するために近似方向ファインダ（２１）と、精密方向ファインダ（２２）と、測定適格化装置（５）とを含むセンサアレイ（１）を用いる電波源方向探知のためのシステム。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 １．発明の分野 本発明は、一般に、信号プロセッシングに関し、特に、センサのアレイを用い
て特定の電波源の方向を探知するために信号プロセッシングを使用するシステム
および方法に関する。ここに引用されるすべての文献およびここに引用される文
献に参照されるすべての文献は、参照として一部を成している。
【０００２】 ２．発明の背景 特定の電波源の方向を探知、あるいは捜索するためのシステムは多くの用途を
有している。１つの例は、指向性マイクロホンシステムであり、マイクロホンが
、特定の音源の方向に向けられる。もう１つの例は、テレビ会議システムであり
、カメラが、参加している話す人の方に移動される必要がある。
【０００３】 電波源の方向探知の１つの周知テクニックは、ビーム形成である。当該技術で
はそれ自体周知であるビーム形成は、スペースの異なる地点に配置されるセンサ
のアレイを使用している。別の方向からの信号に対して特定の方向から来る信号
を強化したり、あるいは抑制したりするように、特定の方法でセンサから受信さ
れる信号を組み合わせる空間フィルタが、センサのアレイに接続されている。
【０００４】 センサがマイクロホンであり、２本のマイクロホンが、音源から等距離に配置
されなければ（すなわち、２本のマイクロホンを接続するラインが、音源の方向
に垂直であるように配置される）、音源から発する音は、異なる時間で２本のマ
イクロホンに達し、それによって、受信信号に位相差を生成する。
【０００５】 受信信号は、適切に遅延され、空間フィルタ係数を変更することによって組み
合わされる場合、マイクロホンアレイの動きは、調節され、特定の方向に向って
最大受信感度を示す。換言すれば、最大受信感度の方向（マイクロホンアレイの
「探索方向」と呼ばれる）は、マイクロホンアレイの方向を物理的に変更するこ
となく、一定方向に向けられる。このように、論理的に（コンピューターを使用
して）すべての方向角度全面にマイクロホンアレイの探索方向に向けることによ
って、また最大信号強度を生成する角度を探索することによって、特定の音源の
方向を決定することが可能である。
【０００６】 しかし、音源方向探知のためにビーム形成を使用することには、いくつかの欠
点がある。第一に、探索方向角度全面への受信感度の典型的なビーム形成プロフ
ィルは、平たいので、実際問題として、不便な大きなマイクロホンアレイが使用
されないかぎり、最大信号強度のピーク地点を探知することは難しい。例えば、
典型的な１５−ｃｍマイクロホンアレイの３−ｄＢ減衰ポイント（信号弁別のた
めの基準ポイント）は、１００度ほどで分離される。５度の小さい角度で、対応
する減衰は、微々たるものである。その結果、わずかな数値のエラーあるいは雑
音でさえ、その結果を混乱させて、間違った方向を示す。
【０００７】 第二に、ビーム形成は、最大受信信号強度を生成する方向のためのスペースを
走査することを含んでいる。水平方向（方位角）と垂直方向（仰角）とによって
、その源の方向を探知することは、二次元（平面）スペースを捜索することを含
み、コンピュータを使用のため費用がかかる。
【０００８】 第三に、高いスペースで正確さを有してその源の方向を決定するために、極め
て高い分解能（例えば、１度ごとに）でビーム形成計算を行う必要がある。これ
は、極めて小さい遅延ステップで受信信号を遅延し、判断することを要求し、次
には、極めて速いサンプリング速度でサンプルすることを要求し、厳格なコンピ
ュータ使用に負担を強いる。
【０００９】 音源の方向を探知する別の方法は、一対のセンサ間の時間遅延を測定すること
である。例えば、Ｈｏｎｇ Ｗａｎｇ ＆ Ｐｅｔｅｒ ＣｈｕによるＶｏｉｃ
ｅ Ｓｏｕｒｃｅ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ
Ｃａｍｅｒａ Ｐｏｉｎｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｖｉｄｅｏｃｏｎｆｅ
ｒｅｎｃｉｎｇ（テレビ会議における自動カメラポインティングシステムのため
の音源位置測定）、 Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ， Ｓｐｅｅｃｈ， ａｎｄ Ｓ
ｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（音響、音声および信号プロセッシングのＰ
ｒｏｃ．ＩＥＥＥ国際会議）、１９９７年４月発行の１８７−９０頁は、垂直面
に取り付けられるマイクロホンのアレイを開示し、これらの３つは、水平ライン
に配置され、また４つ目は、３つの中心にある１つの上に配置されている。音源
（方向角）の水平方向は、水平ラインにある２本のリモートマイクロホンの間の
入り信号の時間遅延を測定することによって計算される。垂直方向（仰角）は、
水平ラインにある中心のマイクロホンと上部マイクロホンとの間の入り信号の時
間遅延を測定することによって計算される。
【００１０】 このＷａｎ ＆ Ｃｈｕシステムには、いくつかの欠点がある。第一に、すべ
てのマイクロホンは、同じ垂直平面にあるので、音声が前方から来ようが、後方
から来ようが、同じ時間遅延を生成する。このシステムは、前後を区別すること
ができないので、アンビギュイティ（あいまいさ）が避けられない。
【００１１】 第二に、このシステムの実行は、横方向探知および前方探知に関して対称でな
いことである。１つの源の方向を分析し、推定するこのようなシステムの能力は
、角度方向の増分変化に反応する時間遅延の変更による。２本の近接したマイク
ロホンでの２つの入り信号間の時間遅延は、 時間遅延＝ｓｉｎ（φ）＊アパーチャ／音声−速度 式中、φは、マイクロホンアレイの基準に対して測定される音波の到達の角度で
あり、アパーチャは、２本の近接したマイクロホン間のスペーシングである。時
間遅延の変化は、ｃｏｓ（φ）の関数であるｓｉｎ（φ）の微分係数として得ら
れることに留意すべきである。同一の増分角度変化について、探索方向が横方向
であるとき（φがほぼ９０度に等しいとき）結果として生ずる時間遅延は、探索
方向が前方であるとき（φがほぼ０度に等しいとき）よりも小さい。この結果、
横方向を探索するシステムの実行は、前方方向を探索するよりも不十分である。
【００１２】 第三に、このＷａｎｇ ＆ Ｃｈｕシステムは、方向決定のために使用される
測定がいかに信頼性があるかを表示していない。雑音が存在する中で測定される
場合、あるいは関連のない信号に基づく場合、一対のマイクロホン間の時間遅延
測定に信頼性がない。測定が騒々しい環境で行われる場合、測定の質が不十分で
ある。さらに、測定が質の高いものである場合でも、方向決定に関連しないこと
がある。例えば、時間遅延測定が、壁あるいは家具からの反射音声、または音声
／ビデオ会議システムに接続されるスピーカなどのレピータ（中継器）源からの
音声の測定である場合、測定は、方向決定に関連さえしない。このＷａｎｇ ＆ Ｃｈｕシステムは、測定の質、あるいは検索能力を証明するためのあらゆるメ
カニズムを提供していない。
【００１３】 従って、精密に、そして効率良く電波源の方向を決定することが可能であり、
またさらに、方向決定が基づく測定の質および検索能力を表示することが可能で
あるシステムおよび方法が必要である。
【００１４】 ３．本発明の概要 それゆえに、本発明の目的は、特定の電波源の方向を決定するため、センサの
アレイからの信号を処理することが可能である方向探知システムを提供すること
である。
【００１５】 本発明の別の目的は、個々のマイクロホンの複数対から測定される方向を考慮
に入れることによって、また最良に推定された源の方向を探知するためにそれら
を組み合わせることによって、電波源を推定することが可能であるシステムを提
供することである。
【００１６】 さらに、別の目的は、その源の方向を計算するのに使用される測定の質を証明
することが可能であり、また適切な測定基準のもとに有効でない場合、その源の
方向を不適格とすることが可能であるシステムを提供することである。
【００１７】 この発明の以上その他の目的は、センサの選択されたサブセットの位置に関し
て電波源の近似方向を探知するためにセンサのアレイを使用し、そのように探知
される近似方向を使用して、電波源の精密方向を決定し、測定基準を用いて精密
方向の検索能力を判断し、そして測定基準を満たさない場合、測定が繰り返して
行われるように、精密方向を不適格とする装置である本発明によって達成される
。本発明の１つの好ましい実施形態は、音源から音声を感知するためのアナログ
マイクロホンのアレイと、アナログ信号をサンプルし、対応するデジタル信号を
生成するためのＡからＤへのコンバータと、デジタル信号を重要な周波数帯の帯
域限定信号にフィルタするための帯域フィルタと、音源の近似方向を探知するた
めの近似方向フィルタと、近似方向に基づき音源の精密方向を探知するための精
密方向ファインダと、特定の測定基準を用いて精密方向の有効性を証明するため
の、また測定基準が満たされない場合、測定を不適格とするための測定適格化装
置とを備えている。
【００１８】 本発明は、ビーム形成装置が必要であるとき、スペースの二次元（平面）捜索
を必要としないので、コンピュータを使用して効率がよいという利点がある。本
発明は、さらに、様々な測定基準のもとにその源の方向の有効性を証明し、また
必要な場合、測定を繰り返して行うので、騒々しい環境において信頼性を持って
実行するという利点がある。
【００１９】 本発明は、下記の図面、詳細な説明および本発明の制約するものでない実施形
態を例示することを意図する図示している例示を参照にすることにより十分に理
解される。
【００２０】 ５．詳細な説明 図１および３は、本発明に従った好まれている実施態様の機能ブロックを示す
。該実施態様は、音源の方向の検出を取り扱うが、本発明はこのようなものに制
限されていない。当業者にとって、本発明が、電磁波ソースなどのそれ以外の電
波ソースの方向を検出するために容易に使用できることが理解されるだろう。
【００２１】 システムは、ある特定の音源からの音を検知または測定し、測定された音を表
すアナログ信号６を生じさせるマイクロホンのアレイ１を含む。それから、アナ
ログ信号６はサンプリングされ、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２により
対応するデジタル信号７に変換される。該デジタル信号７は、濾波された信号８
が音源の方向を決定する目的のために重要な特定の帯域幅の周波数だけを含むよ
うに、帯域フィルタ３によって濾波される。それから、該濾波された信号８は、
マイクロホンの中で選択されたマイクロホン組という点で近似方向を計算する近
似方向ファインダ（ｆｉｎｄｅｒ）２１に送られる。精密方向ファインダ２２は
、近似方向に基づいて音源の精密方向９を概算する。精密方向９の有効性は、精
密方向を、それが測定基準のセットを満たさない場合に無効とする測定適格化装
置５によってチェックされる。それぞれの機能ブロックを以下詳細に説明する。
【００２２】 ５．１ マイクロホンアレイ 図２は、本発明に従って使用されてよいマイクロホンのアレイの例を示す。該
マイクロホンは音源からの入射音波を検知または測定し、該音を表す電子信号（
アナログ信号）を生成する。該マイクロホンは、全指向性マイクロホン、カージ
オイドマイクロホン、またはダイポールマイクロホン、あるいはこのようなマイ
クロホンの任意の組み合わせであってよい。
【００２３】 例は、6個のマイクロホン１２−１７がその周辺部の回りに取り付けられてい
る円筒形の構造体１１を示し、上部中央のマイク１８は該構造体の上面の中心に
取り付けられている。該上部中央のマイクロホンはオプションであるが、その存
在は精密方向の確度、特に仰角（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）角度を高める。例はマイ
クロホンアレイの円形配列におけるマイクロホンの部分集合を示しているが、該
マイクロホンアレイは、線形アレイまたは矩形アレイなどの多岐に渡るさまざま
な幾何学形状を取ってよい。
【００２４】 ５．２ Ａ／Ｄ変換器 マイクロホンによって検知または測定された音を表すアナログ信号は、適切な
サンプリング周波数でアナログ信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換器２によって
デジタル信号に変換される。該変換器は、シグマ−デルタサンプリングという周
知の技法を利用してよく、それは、不適切なサンプリングのための現象であるエ
イリアシングを回避するためにデシメーション（ｄｅｃｉｍａｔｉｏｎ）が後に
続く、オーバーサンプリング（ｏｖｅｒｓａｍｐｉｎｇ）および内蔵低域濾波か
ら成り立っている。
【００２５】 アナログ信号がサンプリングされると、サンプリングプロセスは、サンプリン
グ周波数の倍数である周波数の周辺でのアナログ信号の元の周波数のミラー表記
を作成する。「エイリアシング」は、アナログ信号に、反射された周波数が元の
周波数を交差し、それによってもとの信号を歪ませるように、サンプリング周波
数の１．５倍を超える周波数の情報が含まれる状況のことを指す。エイリアシン
グを回避するために、アナログ信号は、ナイキスト周波数として知られているそ
の最大周波数成分の少なくとも２倍の速度でサンプリングされなければならない
。
【００２６】 実際には、ナイキスト周波数をはるかに上回るサンプリング周波数が、システ
ム雑音および理想未満フィルタ応答を伴うエイリアシング問題を回避するために
使用される。このオーバーサンプリングの後には、元のアナログ信号の最大周波
数成分を越えた周波数成分を遮断するために低域濾波が続く。いったんデジタル
信号がナイキスト制限されると、速度はデシメーションによって減速されなけれ
ばならない。オーバーサンプリング周波数がナイキスト周波数のｎ倍であるなら
ば、オーバーサンプリング後のデジタル信号の速度は、入力されたｎ個のサンプ
ルごとに１個のサンプルを採取するデシメーションによって減速される必要があ
る。
【００２７】 エイリアシングを回避するための代替アプローチは、サンプリングプロセスの
前にサンプリング周波数を半減するアナログフィルタを使用して信号の帯域幅を
制限することである。しかしながら、このアプローチは、非常に鋭い周波数遮断
特徴を持つアナログフィルタを要求するだろう。
【００２８】 ５．３ 帯域フィルタ 帯域フィルタ３の目的とは、濾波された信号に、信号の方向を検出または決定
するために最適なそれらの周波数が含まれるように、マイクロホンによって検知
または測定された信号を濾波することである。低すぎる周波数の信号は、方向を
正確に検出するほどマイクロホンでの十分な位相差を生じさせない。高すぎる周
波数の信号はさらに少ない信号エネルギーを有し、このようにして雑音にさらに
さらされる。極端に高い周波数と低い周波数の信号を抑制することによって、帯
域フィルタ３は、音源の方向を検出または決定するためにさらに処理することが
できる特定の帯域幅のそれらの信号を通す。該帯域幅の特定値は、ターゲット電
波ソースの種類に依存する。ソースが人間の話者である場合、帯域幅は、典型的
な音声信号が集中したそのエネルギーの大半を有する３００Ｈｚと１５００Ｈｚ
の間であってよい。該帯域幅は、試行錯誤のプロセスである校正プロセスによっ
ても変更されてよい。動作中、固定帯域幅を使用する代わりに、当初、一定の帯
域幅が試される。結果的に測定エラーが多すぎる場合には、該帯域幅は最適帯域
幅に到達するように測定エラーを減らすために調整される。
【００２９】 ５．４ 方向概算 計算の効率化を計るため、システムは、最初に、多量の計算の重荷を負わずに
音源の近似方向を検出し、その後でさらに多くの計算力を使用して精密方向を計
算する。該近似方向は、近似方向のそれ以降の改善に関連するマイクロホンの部
分集合を決定するためにも使用される。いくつか形状構成においては、マイクロ
ホンのいくつかはソースへの照準線を持たないため、それらが近似方向の追加の
改善に関与すると位相エラーを生じさせることがある。したがって、音源の追加
改善に関連するだろうマイクロホンの部分集合が選択される。
【００３０】 ５．４．１ 近似方向検出 図４は、近似方向ファインダ２１を詳細に示す。それは、1組のマイクロホン
に垂直な方向という点で音源の近似方向を指定するとく考えに基づいている。周
辺マイクロホン組を、構造体の中心に位置しているマイクロホンが、存在する場
合には除外されるという点を除き、マイクロホンを保持する構造体の周辺部の周
りで互いに隣接して位置しているマイクロホンとする。それぞれの周辺マイクロ
ホン組にとって、「組方向」は、組の中心から構造体から外向きに、周辺マイク
ロホン組を接続する線に垂直に指す、水平面での方向として定義される。
【００３１】 それから「セクタ方向」が、考えられる組方向の間で選択されるソース方向に
最も近い組方向として定義される。ｎ組の周辺マイクロホンがある場合には、セ
クタ方向にｎの候補があるだろう。
【００３２】 音源に対応するセクタ方向は、ゼロ遅延相互相関を使用して決定される。それ
ぞれのマイクロホン組のために、相関計算機３１は、マイク組Ｘｉ（ｔ）とＸｊ （ｔ）から受信される２つの信号のゼロ遅延相互相関を計算する。時間期間Ｔで
のこのようなゼロ遅延相互相関関数Ｒｉｊ（０）が以下の公式によって定義する
ことができることは、当業者には既知である。
【００３３】
【数１】 相関計算機が、当業者にとって周知であり、集積回路としてし様可能であること
が注記される。それ以外の場合、このような相関計算機が、乗算器、加算器、お
よびシフトレジスタなどの離散電子構成部品を使用して構築できることが周知で
ある。
【００３４】 周辺マイクロホン組の間で、ブロック３２は、最大相関を生じさせるマイクロ
ホン組を選択することによってセクタ方向を検出する。同じまたは類似する位相
を有する信号が互いに相関付けられているため、結果は、同じ位相（ｅｑｕｉ−
ｐｈａｓｅ）または最も少ない位相差を有する組を見つけることである。ｅｑｕ
ｉ−ｐｈａｓｅの平面は音波の伝搬方向に垂直であるので、最大相関組の組方向
がセクタ方向、つまり音の方向に最も近い組方向となる。
【００３５】 いったんセクタ方向が検出されると、ブロック３３は、近似方向の追加改善に
関与するマイクロホンを特定する。「セクタ」は、マイクロホンアレイの中のマ
イクロホンの部分集合として定義され、それらは音源の精密方向の計算に関与す
る。例えば、アレイの中のマイクロホンのいくつかが機械的な構造によって遮ら
れる場合、それらのマイクロホンによって受信される信号は、方向移動電波から
ではありそうになく、したがってこのようなマイクロホンは該セクタから除外さ
れなければならない。
【００３６】 １つの好まれている実施態様においては、セクタは、該組に隣接する別の周辺
マイクロホンと、存在する場合中心マイクロホンである最大相関周辺マイクロホ
ン組を含む。最大相関周辺マイクロホン組に隣接する２つの周辺マイクロホンの
内、さらに高いゼロ遅延相互相関のある組が選択される。中央マイクロホンを含
めるのはオプションであるが、それ以外の場合、隣接する3本のマイクロホンが
ほぼ直線で配列されるため、含めるとソース方向の確度を改善するのに役立つ。
セクタに含められるマイクロホンを選択するそれ以外の方法がある可能性があり
、このような選択方式についての情報は、システムの運用中容易に検索するため
にコンピュータメモリの中に記憶することができる。
【００３７】 ５．４．２ 精密方向検出 精密方向ファインダ２２は、完全相互相関を使用して音源の精密方向を計算す
る。ブロック４１は、まず、セクタ内のマイクロホン組の考えられるすべての組
合せを特定する。特定されたマイクロホン組ごとに、ブロック４２は、当業者に
は周知の公式である以下の公式を使用して、時間期間Ｔでの完全相互相関Ｒｉｊ （τ）を計算する。
【００３８】
【数２】 前述されたように、相関計算機は当業者にとって周知であり、集積回路として使
用できる可能性がある。それ以外の場合、このような相関計算機は、乗算器、加
算器、およびシフトレジスタなどの離散電子構成部品を使用して構築することが
できることがよく知られている（Ｂｅｒｄｕｇｏら、ここに添付されている「時
間遅延からの発射ソースの方向検出について（Ｏｎ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｆｉ
ｎｄｉｎｇ ｏｆ ａｎ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｓｏｕｒｃｅ Ｆｒｏｍ Ｔｉｍ
ｅ Ｄｅｌａｙｓ）」）。
【００３９】 Ｒｉｊ（τ）は、相互相関曲線としてプロットすることができる。Ｒｉｊ（τ
）ごとに、ブロック４３が、相互相関曲線のピーク点に相当する遅延τｓを検出
する。このピーク相関遅延τｓがサンプリングポイントにあることに注意する。
ただし、現実では、最大相関点は、サンプリングポイント間に位置してよい。し
たがって、ブロック４４は、放物線曲線（ｙ＝ｐｘ２＋ｑｚ＋ｒ）を使用して以
下のように相互相関関数を補間することによって、（サンプリングポイントの間
にあってよい）このような最大相関遅延τｄを計算する。
【００４０】
【数３】 ｐ、ｑおよびｒの前記等式を解くことによって、最大点が、放物線曲線の導関数
を得て、その等式の導関数をゼロにセットすることによって得られる。最大点τ ｄ は−（１／２ｐ）であり、さらに以下のように表記される。
【００４１】
【数４】 この場合、ｆｓは、サンプリング周波数を示す。ｋはτｓに対応するサンプリン
グ点を示す。およびＣ（ｋ）はサンプリング点ｋに対応する遅延である。補間技
法は、非常に高いサンプリング速度を使用することに対するニーズを排除する一
方で、最大相関遅延の確度を高める。
【００４２】 マイクロホン組ごとに計算される各最大相関遅延が、個々のマイクロホン組に
よって測定される音源の方向を示すので、個々の最大相関遅延は音源の平均方向
を概算するために結合される。概算プロセスは、それが各個別組に固有の多義性
の問題を排除し、音方向からはるかに離れているそれらの個々の測定値をおそら
く排除することによって個々の測定値の関連性を検証するための機構を提供する
ので、それぞれの個々の測定された方向より優れたソース方向の表示を提供する
。
【００４３】 ブロック４５は、ＫとＴｄの間の一次方程式を解くことによって個々の測定遅
延Ｔｄのベクタからデカルト座標のベクタｋ＝（Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚ）という点で
音源の精密方向を計算する。任意の２つのセンサ間の時間遅延は、音速で除算さ
れるＫベクタに沿ったそれらの間の距離ベクタの投影に等しい。したがって、Ｔ ｄ ベクタは、以下のように表すことができる。
【００４４】
【数５】 この場合、ｃは音の速度である。Ｒは、以下のように、マイクロホンの間の位置
の差異という点でマイクロホンアレイの幾何学形状を表す行列を示す。
【００４５】
【数６】 前記方程式は、変数の数より多くの抑制があるという点で重複決定であるため
、最小二乗法（ＬＳ）が最適解を得るために使用される。測定された時間遅延ベ
クタと計算された評価時間遅延の間の差異としてエラーを定義すると、エラーベ
クタεが以下により与えられる。
【００４６】
【数７】 解は、以下によって定義される遅延測定の共分散Ａ行列に依存する。
【００４７】
【数８】 この場合、Ｅ｛｝は、予想値演算子を表し、｛＊｝Ｔは行列の転置行列を示す。
したがって、ＬＳ概算解Ｋは、以下の公式で表される。
【００４８】
【数９】 この場合｛＊｝−１は行列の逆数を示す。方程式の導出については、Ａ．Ｇｅｌ
ｂ、応用最適概算（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）
、マサチューセッツ州、ケンブリッジ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、Ｍａｓｓａｃｈｕ
ｓｅｔｔｓ）のＭ．Ｉ．Ｔ．出版（Ｍ．Ｉ．Ｔ．Ｐｒｅｓｓ）１９７４年の１０
３ページを参照すること。
【００４９】 Ｂ行列が、マイクロホンアレイの幾何学形状だけに依存しているため、直接決
定中に計算要件に負担をかけずにオフラインで計算できることに注意する。
【００５０】 ブロック４６はＫを極座標に変換する。図６は本発明で使用する三次元の座標
システムを表している。方位角度φは、基準水平本項（例えば、ｘ軸）から右回
りに測定される、水平面でのソース方向の角度として定義される。仰角Θは、垂
直軸（ｚ軸）から測定されるソース方向の垂直角度として定義される。
【００５１】 ブロック４６は、（Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚ）と（φ、Θ）の間で非線形方程式を解
いてデカルト座標を極座標に変換することにより、Ｋｘ、Ｋｙ、およびＫｚから
φおよびΘを計算する。
【００５２】
【数１０】 （上部マイクロホン付きの）三次元マイクロホンアレイのケースでは、前記等
式から、２つの未知数（φ、Θ）を含む３つの非線形方程式が生じる。問題は、
変数の数より多い方程式があると重複決定されている点である。（φ、Θ）のＬ
Ｓ解が閉鎖形式の（ｃｌｏｓｅ−ｆｏｒｍ）解を有さないが、最適下限の閉鎖形
式（ｃｌｏｓｅｄ−ｆｏｒｍ）の概算が以下のように検出できる。
【００５３】
【数１１】 二次元マイクロホンアレイが（上部マイクロホンなしで）使用された場合、ブ
ロック４６は、以下の公式を使用してＫｘとＫｙからφおよびΘを計算する。
【００５４】
【数１２】 アルゴリズムが、マイクロホンが二次元配列で配列され、依然として方位角お
よび仰角を説くことができるときにも機能できることに注意する。
【００５５】 ５．５ 測定適格化装置 精密方向ファインダ２２が音源の精密方向を計算するとき、結果は、多様な雑
音と測定エラーのために音源の真の方向を反映しないことがある。測定適格化装
置５の目的とは、多岐に渡る測定順を使用して精密方向の正常さまたは有効性を
評価し、基準が満たされない場合に測定値を無効にすることである。
【００５６】 図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄは、異なった測定基準を使用する測定
適格化装置のさまざまな実施態様を示す。これらの実施態様は、個別に、または
任意の組み合わせで使用されてよい。
【００５７】 図７Ａは、測定基準として信号対雑音比（ＳＮＲ）を使用する適格化装置の第
１実施態様を示す。ＳＮＲは、信号電力の雑音電力に対する比率として定義され
る。ＳＮＲを計算する場合、測定された信号は４０ミリ秒などの所定の期間を有
する信号のブロックに分割される。ブロック６１は、ブロック内のサンプリング
された信号の平方和を計算することによって信号ブロックごとの信号電力を計算
する。雑音電力は、多くの方法で測定できるが、雑音電力を測定する１つの便宜
的な方法は、最小信号電力を有する信号ブロックの信号電力を選び出し、それを
雑音電力として使用することでよい。ブロック６２は、２秒などの所定の間隔で
最小電力を有する信号ブロックを選択する。ブロック６３は、現在のブロックの
信号電力の、雑音電力の信号電力に対する比率としてＳＮＲを計算する。ブロッ
ク６４は、ＳＮＲが一定の閾値以下の場合に精密方向を無効にする。
【００５８】 図７Ｂは、測定基準として個々の測定された遅延の広がり（分散の範囲）を使
用する測定適格化装置の第２実施態様を示す。精密方向ファインダによって計算
される精密ソース方向は、セクタ内のマイクロホン組によって測定される個々の
測定済み方向の間の平均方向を表す。遅延は直接的に方向角度に関係するため、
個々の概算遅延に関する個々の測定遅延の広がりは、個々の方向が精密方向に関
してどのくらい幅広く変化するのかを示す。このようにして、広がりは測定値の
有効性に関する優れたしるしを提供する。例えば、個々の測定遅延が幅広く広が
りすぎる場合、それは何らかの種類の測定エラーを示しているだろう。
【００５９】 Ｔｅは、精密方向Ｋに対応する個々の概算遅延τｅの集合を表すベクタとして
定義される。ブロック７１は、ＫとＴｅの間の線形関係に基づいてＫからＴｅを
計算する。
【００６０】
【数１３】 この場合Ｒは、以下のようにマイクロホンアレイの幾何学形状をあらわす位置差
異行列を示す。
【００６１】
【数１４】 およびｃは音波の伝搬速度である。
【００６２】 ブロック７２は、個々の測定遅延τｄを個々の概算遅延τｅに比較し、以下の
基準を使用して個々の測定遅延の広がりを計算する。
【００６３】
【数１５】 この広がりが一定の閾値を超えると、ブロック７３は精密ソース方向を無効にす
る。
【００６４】 代わりに、広がりは、以下を使用して個々の測定遅延から直接的に計算するこ
とができる。
【００６５】
【数１６】 この場合Ｅ＝Ｒ（ＲＴＲ）−１ＲＴであり、Ｉが恒等行列である。
【００６６】 図７Ｃは、方位角φを測定基準として使用する測定適格化装置の第３実施態様
を示す。φがセクタ方向（近似ソース方向）から大幅に逸れる場合、それは精密
方向が偽であることを示すだろう。したがって、φがセクタ方向の角度の許容範
囲内（例えば、＋／−６０度以内）にない場合、精密方向は無効にされる。
【００６７】 図７Ｄは、仰角Θを測定基準として使用する測定適格化装置の第４実施態様を
示す。Θが水平方向（Θ＝９０°である）から大幅に逸脱する場合、それは、直
接的な音波の方向よりむしろ天井または床を通る反射された音波の方向を示すだ
ろう。したがって、Θが許容角度（例えば３０°から１５０°）の範囲内にない
場合には、精密方向は無効にされる。
【００６８】 前述されたように、前記実施態様は選択的に使用できる、あるいはテレビ会議
システム用制御装置などのターゲットシステムに送信されてよい測定値Ｑの単一
品質数を生じさせるために結合できる。例えば、前記エラー条件のどれかが発生
する場合には、Ｑは０に設定されてよく、それ以外の場合はＳＮＲに設定されて
よい。
【００６９】 本発明の方向検出システムは、適応フィルタを備えてよい指向性マイクロホン
システムと組み合わせて使用することができる。このような適応フィルタは、特
定の種類の適応フィルタに制限されていない。例えば、人は、発明者Ｊｏｓｅｐ
ｈ Ｍａｒａｓｈによる「適応干渉取消しのためのシステムおよび方法（Ｓｙｓ
ｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌｉｎｇ）」と題されている１９９６年６月２７日に提
出された出願人の一般的に譲渡され、同時係続の米国特許出願、出願番号第０８
／６７２，８９９号、および１９９７年１２月３１日に公告された、その対応す
るＰＣＴ出願ＷＯ第９７／５０１８６号に開示されている発明と組み合わせて本
発明を実行することができる。両方の出願とも、全体としてここに参照して組み
込まれる。
【００７０】 特に、適応フィルタは、更新されたフィルタ重量値のそれぞれが対応する閾値
を上回るときに、更新されたフィルタ重量値を所定の閾値に切り捨てるための重
量制約手段を含んでよい。該適応フィルタは、さらに、メインチャネルの電力お
よび基準チャネルの電力を概算し、メインチャネルと基準チャネル間の正規化さ
れた電力差に基づき重量更新手段へ阻止信号を精製するための阻止手段を含んで
よい。
【００７１】 重量制約手段は、周波数表記値を得るために適応フィルタ重量を受け取り、フ
ィルタ重量のＦＦＴを実行するための高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、周波数バン
ドの集合に分けられた周波数表記値を記憶するための周波数ビンの集合、周波数
表記値を各ビンに割り当てられている閾値に比較し、それらが閾値を超えている
場合には値を切り捨てるための切り捨て装置の集合、切り捨てられた値を一時的
に記憶するための記憶セルの集合、およびそれらを適応フィルタ重量に変換して
戻すための高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）装置を含む周波数選択重量制御装置
を含んでよい。
【００７２】 本発明と組み合わせて使用してよい指向性マイクロホンの中の適応フィルタは
、適応フィルタ処理が周波数範囲の部分集合に使用され、固定フィルタ処理が周
波数範囲の別の部分集合に使用される二重処理干渉取消しシステムを利用してよ
い。例えば、人は、発明者Ｊｏｓｅｐｈ Ｍａｒａｓｈによる「二重処理干渉取
消しシステムおよび方法（Ｄｕａｌ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」と
題されている１９９７年４月１４日に提出され、出願人の一般的に譲渡され、同
時係続の米国特許出願、出願番号第０８／８４０，１５９号、１９９８年４月７
日に提出された、対応する一部継続出願、出願番号第０９／０５５，７０９号、
および１９９８年４月１４日に提出された対応するＰＣＴ出願、出願番号第ＰＣ
Ｔ／ＩＬ９８／００１７９号に開示されている発明と組み合わせて、本発明を実
行することができる。３つすべての出願は、その全体としてここに参照して組み
込まれている。
【００７３】 二重処理の適応フィルタ処理部分が、発明者Ｊｏｓｅｐｈ Ｍａｒａｓｈによ
る「適応干渉取消し用システムおよび方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏ
ｄ ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌｉ
ｎｇ）」と題されている出願人の一般的に譲渡されている同時係続米国特許出願
、出願番号第０８／６７２，８９９号、および１９９７年１２月３１日に公告さ
れた、その対応するＰＣＴ出願ＷＯ第９７／５０１８６号に開示されている適応
フィルタ処理を利用してもよいことが注記される。
【００７４】 ５．６ ソフトウェアインプリメンテーション ここに説明されている本発明は、アナログデバイスの２１００シリーズまたは
それ以外の汎用マイクロプロセッサなどのデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を
商業的に使用して実現されてよい．アナログデバイス２１００シリーズに関する
詳細については、アナログデバイス、ＡＤＳＰ−２１００ファミリーユーザマニ
ュアル第３版、１９９５年を参照すること。
【００７５】 図８Ａから図８Ｄは、本発明の好まれている実施態様に従ったプログラムの動
作を描くフローチャートである。該プログラムは、多様なエラー条件を示すため
に測定フラグを使用する。
【００７６】 プログラムが開始すると（ステップ１００）、それは、エラー条件を示すため
に使用される多様な測定フラグを含むシステム変数をリセットすることによって
、システムをリセットする（ステップ１０１）。それから、プログラムは、ナイ
キスト周波数上でオーバーサンプリングしている、６４ｋＫＨｚというサンプリ
ング周波数でサンプリングされたマイクロホン入力をレジスタの中に読み込む（
ステップ１０２）。第５．２項で言及されたように、オーバーサンプリングによ
って、エイリアシング防止（ａｎｔｉ−ａｌｉａｓｉｎｇ）フィルタをフィルタ
のはるかに緩やかな遮断特徴をもって実現することができる。５つのサンプルご
とに読み取る（ステップ１０３）と、プログラムは、各マイクロホンの５つのサ
ンプルごとに１つのサンプルを採取する（ステップ１０４）ことによって低域フ
ィルタ動作およびｄｅｃｉｍａｔｉｏｎを実行する。ｄｅｃｉｍａｔｅｄされた
サンプルは、レジスタの中に記憶される（ステップ１０５）。
【００７７】 プログラムは、出力が、１．５から２．５ＫＨｚの範囲の周波数を含むように
ｄｅｃｉｍａｔｅｄされたサンプルに対して帯域フィルタ動作を実行する（ステ
ップ１０６）。出力は入力メモリの中に記憶される（ステップ１０７）。プログ
ラムは、５１２個の新しいサンプルが得られるまで前記手順を繰り返す（ステッ
プ１０８）。
【００７８】 ５１２個の新しいサンプルに達したら、プログラムは隣接するマイクロホン組
の各組を採取し、受信された信号を乗算し、ゼロ遅延相互相関を得るためにそれ
らを加算し（ステップ２００）、結果が記憶される（ステップ２０６）。ゼロ遅
延相互相関は、中心マイクロホンを含まない、すべての隣接するマイクロホン組
に対して繰り返される（ステップ２０１）。
【００７９】 最高ゼロ遅延相互相関を有するマイクロホン組が選択され（ステップ２０２）
、その値は信号電力として記憶され（ステップ２０７）、後に使用される。選択
された組に隣接するそれらの２つのマイクロホンの内、プログラムはゼロ相関を
計算し（ステップ２０３）、高い方の相関を有するマイクロホンが選択される（
ステップ２０４）。プログラムは、１つがある場合、選択されたマイクロホン組
、選択された隣接するマイクロホン、および中心マイクロホンを含めることによ
ってセクタを決定する。
【００８０】 プログラムは、中心マイクロホンから採取された５１２個のサンプルの平均電
力を計算する（ステップ３００）。最新の２秒の間の最低平均エネルギーが、雑
音電力であると設定される（ステップ３０１から３０５）。
【００８１】 プログラムは、セクタ内の各マイクロホン組によって受け取られる信号の完全
相互相関を計算する（ステップ３０６）。プログラムは、相関が最大であるピー
ク相関遅延τｓを検出する（ステップ３０７）。
【００８２】 τｓは、サンプリングポイント上にあるが、実際の最大相関遅延τｄは２つの
サンプリングポイント間で発生してよい。τｓが最大可能遅延または最小可能遅
延のどちらかである場合（ステップ３０８）、τｄはτｓに設定される（ステッ
プ３０９）。それ以外の場合、プログラムは、第５．４．１項に説明された放物
線補間公式を使用して実際の最大相関遅延を検出する（ステップ３１０から３１
２）。前記ステップが、セクタ内のすべてのマイクロホン組について繰り返され
る（ステップ３１３）。
【００８３】 プログラムは、第５．４．２項に言及されたＢ行列を使用し、時間遅延の集合
から方向ベクタＫ＝［Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚ］を得る（ステップ４００）。
【００８４】 それから、プログラムは、得られた方向ベクタに対応する方位角φおよび仰角
Θを計算する（ステップ４０１）。
【００８５】 プログラムは、信号電力と雑音電力の比率としてＳＮＲを計算する（ステップ
４０２）。ＳＮＲが閾値を超えると（ステップ４０３）、プログラムはＳＮＲフ
ラグを上げる（ステップ４０４）。
【００８６】 それから、プログラムは仰角Θを評価する。Θが角度の許容範囲（例えば、３
０°から１５０°）内にない場合（ステップ４０５）、仰角フラグが上げられる
（ステップ４０６）。
【００８７】 プログラムは、精密方向から対応する遅延を計算する（ステップ４０７）。プ
ログラムは、個々の測定遅延と個々の概算遅延の差異の平方和として遅延広がり
を計算する（ステップ４０８）。遅延広がりが一定の閾値を超えると（ステップ
４０９）、遅延広がりフラグが上げられる（ステップ４１０）。
【００８８】 プログラムは、測定の品質数、Ｑを前記の測定基準のすべてまたは一部の組み
合わせとして計算する（ステップ４１１）。例えば、測定フラグのどれかが上げ
られた場合には、Ｑは０に設定されてよく、それ以外の場合にはＳＮＲに設定さ
れる。
【００８９】 プログラムは、φ、ΘおよびＱを、テレビ会議用で使用される自動カメラ追跡
調査システムなどのターゲットシステムに転送する（ステップ４１２）。プログ
ラムは測定フラグをリセットし（ステップ４１３）、プログラムの最初に戻る（
ステップ４１４）。
【００９０】 本発明は、複数の好まれている実施態様に関して説明されてきたが、それはそ
れらの実施態様に制限されると意図されていない。以下のクレームだけにおいて
定義され、制限される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、説明され
ている実施態様の構造および形式に多くの修正を加えることができることは、普
通の技術を持つ人によって理解されるだろう。例えば、本発明は電磁波を伝送す
るソースの方向を見つけ出すために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるマイクロホンアレイと、ＡからＤへのコンバータと、帯域フィル
タと、方向計算装置と、測定適格化装置とを備えている全体システムの機能図で
ある。
【図２】 図１のマイクロホンアレイの特定の実施形態の配置を示す斜視図である。
【図３】 近似方向ファインダと、精密方向ファインダとを示す機能図である。
【図４】 図１の近似方向ファインダの実施形態の機能図である。
【図５】 図１の精密方向ファインダの実施形態の機能図である。
【図６】 本発明を記述するのに使用される３−Ｄ対応付けシステムである。
【図７Ａ】 図１の測定適格化装置の第１実施形態の機能図である。
【図７Ｂ】 図１の測定適格化装置の第２実施形態の機能図である。
【図７Ｃ】 図１の測定適格化装置の第３実施形態の機能図である。
【図７Ｄ】 図１の測定適格化装置の第４実施形態の機能図である。
【図８Ａ】 本発明による方法を実施するのに使用されることが可能なプログラムのオペレ
ーションを示しているフローチャートである。
【図８Ｂ】 本発明による方法を実施するのに使用されることが可能なプログラムのオペレ
ーションを示しているフローチャートである。
【図８Ｃ】 本発明による方法を実施するのに使用されることが可能なプログラムのオペレ
ーションを示しているフローチャートである。
【図８Ｄ】 本発明による方法を実施するのに使用されることが可能なプログラムのオペレ
ーションを示しているフローチャートである。

Claims (72)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電波源の方向を探知するためのシステムにおいて、 予め定められた形状に配置されるセンサのアレイであって、それぞれのセンサ
    が、前記電波源から電波を感知して、前記電波を表わす信号を生成するセンサの
    アレイと、 センサの選択されたサブセットの位置に関して前記電波源の近似方向を探知す
    るべく前記信号を処理するための、前記電波を表わす前記信号を受信するように
    接続される近似方向ファインダと、 前記近似方向に基づき前記電波を表わす前記信号を更に処理することによって
    、前記電波源の精密方向を探知するための、前記近似方向ファインダから情報を
    受信するように接続される精密方向ファインダと、 測定基準を用いて前記精密方向の有効性を判断して、前記測定基準が満たされ
    ない場合、前記精密方向を無効にするための、前記精密方向ファインダに接続さ
    れる測定適格化装置と、 を備えているシステム。
  2. 【請求項２】 前記電波源が音源であり、そして前記センサがマイクロホン
    である請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】 さらに、特定の帯域幅の周波数を含むフィルタされた信号を
    生成するべく前記電波を表わす前記信号をフィルタするための、前記センサのア
    レイから信号を受信するように接続される帯域フィルタを備えている請求項１記
    載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記測定適格化装置が、 信号対雑音比（ＳＮＲ）を計算するための少なくとも１つの手段と、 ＳＮＲが閾値以下の場合、精密方向を無効にするための手段と、 を備えている請求項１記載のシステム。
  5. 【請求項５】 電波源の方向を探知するためのシステムにおいて、 予め定められた形状に配置されるセンサのアレイであって、それぞれのセンサ
    が、前記電波源から電波を感知して、前記電波を表わすアナログ信号を生成する
    センサのアレイと、 前記アナログ信号をデジタル信号に変換するための、前記センサのアレイに接
    続されるアナログからデジタルへのコンバータと、 特定の帯域幅の周波数を含むフィルタされた信号を生成するべく前記デジタル
    信号をフィルタするための帯域フィルタと、 前記センサ間で選択されるセンサの一対に関して前記電波源の近似方向を探知
    するべく前記フィルタされた信号を処理するための、前記フィルタされた信号を
    受信するように接続される近似方向ファインダと、 前記近似方向に基づき前記電波を表わす前記信号を更に処理することによって
    、前記電波源の精密方向を探知するための、前記近似方向ファインダから情報を
    受信するように接続される精密方向ファインダと、 測定基準を用いて前記精密方向の有効性を判断して、前記測定基準が満たされ
    ない場合、前記精密方向を無効にするための、前記精密方向ファインダに接続さ
    れる測定適格化装置と、 を備えているシステム。
  6. 【請求項６】 予め定められた形状の前記センサのアレイが、回路配置内に
    配置されているセンサを備えている請求項５記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記電波源が音源であり、そして前記センサがマイクロホン
    である請求項５記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記測定適格化装置が、 信号対雑音比（ＳＮＲ）を計算するための少なくとも１つの手段と、 ＳＮＲが閾値以下の場合、前記精密方向を無効にするための手段と、 を備えている請求項５記載のシステム。
  9. 【請求項９】 信号対雑音比を計算するための手段が、 前記測定された信号の電流信号ブロック用の信号パワーを計算するための手段
    と、 予め定められた時限内に信号ブロックを超える最大信号パワーを探知すること
    によって雑音パワーを計算するための手段と、 前記信号ブロックの信号パワー対前記雑音パワーの比を計算することによって
    、前記信号対雑音比を計算するための手段と、 を備えている請求項８記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 前記精密方向が、方位角と仰角とに関して計算される請求
    項８記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 前記測定適格化装置が、さらに、 仰角が、許容値内にない場合、前記電波源の精密方向を無効にするための手段
    を備えている請求項１０記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 前記近似方向ファインダが、 互いに近接する複数対のセンサ用の０−遅延相互相関を計算するための手段と
    、 最高の０−遅延相互相関を有する前記センサ対を選択することによって、セク
    タ方向を識別するための手段と、 を備えている請求項１０記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 前記測定適格化装置が、 前記推定方位角を前記セクタ方向と比較するための手段と、 前記方位角と前記セクタ方向との間の差が、許容値内にない場合、前記電波源
    の精密方向を無効にするための手段と、 を備えている請求項１２記載のシステム。
  14. 【請求項１４】 前記精密方向ファインダが、 前記セクタ内のすべてのセンサ対を識別するための手段と、 前記セクタ内の複数対のセンサごとに完全な相互相関を計算することによって
    、個々に測定された遅延を計算するための手段と、 前記個々に測定された遅延の最小二乗法解決を見つけることによって、前記精
    密方向を探知するための手段と、 を備えている請求項８記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 前記測定適格化装置が、 前記精密方向から個々の推定遅延を生成するための手段と、 前記個々の測定遅延と前記個々の推定遅延との差を計算することによって、遅
    延スプレッドを計算するための手段と、 前記遅延スプレッドが閾値を超える場合、前記電波源の精密方向を無効にする
    ための手段と、 を備えている請求項１４記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 音源の方向を探知するためのシステムにおいて、 予め定められた形状に配置されるマイクロホンのアレイであって、それぞれの
    マイクロホンが、前記音源から音波を感知して、前記音波を表わすアナログ信号
    を生成するセンサのアレイと、 前記アナログ信号をデジタル信号に変換するため、前記マイクロホンのアレイ
    に接続されるアナログからデジタルへのコンバータと、 特定の帯域幅の周波数を含むフィルタされた信号を生成するべく、前記デジタ
    ル信号をフィルタするための帯域フィルタと、 前記センサ間で選択されるセンサの一対に関して前記音源の近似方向を探知す
    るべく前記フィルタされた信号を処理するための、前記フィルタされた信号を受
    信するように接続される近似方向ファインダと、 前記近似方向に基づき前記音波を表わす前記信号を更に処理することによって
    、前記音源の精密な方向を探知するための、前記近似方向ファインダから情報を
    受信するように接続される精密方向ファインダと、 測定基準を用いて精密方向の有効性を判断して、前記測定基準が満たされない
    場合、前記精密方向を無効にするための測定適格化装置と、 を備えているシステム。
  17. 【請求項１７】 予め定められた形状の前記マイクロホンのアレイが、回路
    配置内に配置されているマイクロホンを備えている請求項１６記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 前記マイクロホンが、オムニマイクロホンである請求項１
    ６記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 前記マイクロホンが、心臓形のマイクロホンである請求項
    １６記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 前記マイクロホンが、ダイポールマイクロホンである請求
    項１６記載のシステム。
  21. 【請求項２１】 前記特定の帯域幅が、方向決定に対して重要な音波の周波
    数範囲によって決定される請求項１６記載のシステム。
  22. 【請求項２２】 前記特定の帯域幅が、最適帯域幅で到達するために、力学
    的に前記帯域幅を調節する較正プロセスによって決定される請求項１６記載のシ
    ステム。
  23. 【請求項２３】 前記測定適格化装置が、 信号対雑音比（ＳＮＲ）を計算するための少なくとも１つの手段と、 ＳＮＲが閾値以下の場合、前記精密方向を無効にするための手段と、 を備えている請求項１６記載のシステム。
  24. 【請求項２４】 信号対雑音比を計算するための手段が、 前記測定された信号の電流信号ブロック用の信号パワーを計算するための手段
    と、 予め定められた時限内に信号ブロックを超える最大信号パワーを探知すること
    によって雑音パワーを計算するための手段と、 前記信号ブロックの信号パワー対前記雑音パワーの比を計算することによって
    、前記信号対雑音比を計算するための手段と、 を備えている請求項２３記載のシステム。
  25. 【請求項２５】 前記精密方向が、方位角と仰角とに関して計算される請求
    項２３記載のシステム。
  26. 【請求項２６】 前記測定適格化装置が、さらに、 仰角が、許容値内にない場合、前記電波源の精密方向を無効にするための手段
    を備えている請求項２５記載のシステム。
  27. 【請求項２７】 前記許容値が、３０度から１５０度の間である請求項２６
    記載のシステム。
  28. 【請求項２８】 前記近似方向ファインダが、 互いに近接する複数対のセンサ用の０−遅延相互相関を計算するための手段と
    、 最高の０−遅延相互相関を有する前記センサの複数対を選択することによって
    セクタ方向を識別するための手段と、 を備えている請求項２５記載のシステム。
  29. 【請求項２９】 前記測定適格化装置が、 前記推定方位角を前記セクタ方向と比較するための手段と、 前記方位角と前記セクタ方向との間の差が、許容値内にない場合、前記電波源
    の精密方向を無効にするための手段と、 を備えている請求項２８記載のシステム。
  30. 【請求項３０】 前記許容値が、−６０度と６０度の間である請求項２９の
    システム。
  31. 【請求項３１】 前記精密方向ファインダが、 前記セクタ内のすべてのセンサの複数対を識別するための手段と、 前記セクタ内の複数対のセンサごとに完全な相互相関を計算することによって
    、個々に測定された遅延を計算するための手段と、 前記個々に測定された遅延の最小二乗法解決を見つけることによって、前記精
    密方向を探知するための手段と、 を備えている請求項２３記載のシステム。
  32. 【請求項３２】 前記測定適格化装置が、 前記精密方向から個々の推定遅延を生成するための手段と、 前記個々の測定遅延と前記個々の推定遅延との差を計算することによって、遅
    延スプレッドを計算するための手段と、 前記遅延スプレッドが閾値を超える場合、前記電波源の精密方向を無効にする
    ための手段と、 を備えている請求項３１記載のシステム。
  33. 【請求項３３】 前記音源からの音波を感知するマイクロホンのアレイから
    サンプルされる音源を表わすデジタル信号を処理し、前記音源の方向を探知する
    ためのコンピュータであって、 メモリを備え、前記メモリが、 前記センサ間で選択されるセンサの一対に関して、前記音源の近似方向を探知
    するべく前記デジタル信号を処理することによって、前記音源の近似方向を探知
    するためのプログラムと、 前記近似方向に基づき前記デジタル信号を更に処理することによって、前記音
    源の精密方向を探知するためのプログラムと、 測定基準を用いて前記精密方向の有効性を判断することによる、また前記測定
    基準が満たされない場合、前記精密方向を無効にすることによる、測定認定のた
    めのプログラムと、 を備えているコンピュータ。
  34. 【請求項３４】 前記音源の近似方向を探知するためのプログラムが、 互いに近接する複数対のセンサ用の０−遅延相互相関を計算するためのプログ
    ラムと、 前記最高の０−遅延相互相関を有する前記センサの複数対を選択することによ
    って、セクタ方向を識別するためのプログラムと、 を備えている請求項３３記載のコンピュータ。
  35. 【請求項３５】 前記音源の精密方向を探知するためのプログラムが、 前記セクタ内のすべてのセンサの複数対を識別するためのプログラムと、 前記セクタ内の複数対のセンサごとに完全な相互相関を計算することによって
    、個々に測定された遅延を計算するためのプログラムと、 前記個々に測定された遅延の最小二乗法解決を見つけることによって、前記精
    密方向を探知するためのプログラムと、 を備えている請求項３３記載のコンピュータ。
  36. 【請求項３６】 測定認定のためのプログラムが、 信号対雑音比（ＳＮＲ）を計算するための少なくとも１つのプログラムと、 ＳＮＲが閾値以下の場合、前記精密方向を無効にするためのプログラムと、 を備えている請求項３３記載のコンピュータ。
  37. 【請求項３７】 特定の音源の方向にマイクロホンの方向を制御するシステ
    ムにおいて、 予め定められた形状に配置されるマイクロホンのアレイであって、それぞれの
    マイクロホンが、前記音源から音声を感知して、前記音声を表わす信号を生成す
    るマイクロホンのアレイと、 前記マイクロホン間で選択される一対のマイクロホンに関して前記音源の近似
    方向を計算するための、前記音声を表わす前記信号を受信する近似方向ファイン
    ダと、 前記近似方向に基づき前記音源の精密方向を探知するための、前記近似方向に
    接続される精密方向ファインダと、 測定基準を用いて前記精密方向の有効性を判断することによって、測定の品質
    指数を生成するための測定適格化装置と、 前記音源の前記精密方向と前記品質指数とを用いて前記マイクロホンの動きを
    制御するための制御器と、 を備えているシステム。
  38. 【請求項３８】 前記マイクロホンシステムが、指向性マイクロホンシステ
    ムである請求項３７記載のシステム。
  39. 【請求項３９】 前記指向性マイクロホンシステムが、干渉を抑制するため
    の適応フィルタを備えている請求項３８記載のシステム。
  40. 【請求項４０】 前記指向性マイクロホンシステムが、更に、マイクロホン
    のアレイを備えている請求項３９記載のシステム。
  41. 【請求項４１】 前記適応フィルタは、フィルタの重量の周波数表示が、指
    向性干渉を制約するために、閾値に抑制される重量制約ユニットを有する請求項
    ４０記載のシステム。
  42. 【請求項４２】 前記指向性マイクロホンは、更に、デュアルプロセッシン
    グ干渉取り消しシステムを備え、前記二重処理干渉取消しシステムが、 周波数帯の第１部分を処理するための適応プロセッシングフィルタと、 前記周波数帯の第２部分を処理するための固定プロセッシングフィルタと、 を備えている請求項３８記載のシステム。
  43. 【請求項４３】 前記適応フィルタは、フィルタ重量の周波数表示が、指向
    性干渉を抑制するために、閾値に制約される重量制御ユニットを有する請求項４
    ２記載のシステム。
  44. 【請求項４４】 特定の音源の方向にカメラの方向を制御するシステムにお
    いて、 予め定められた形状に配置されるマイクロホンのアレイであって、それぞれの
    マイクロホンが、前記音源から音声を感知して、前記音声を表わす信号を生成す
    るマイクロホンのアレイと、 前記マイクロホン間で選択される一対のマイクロホンに関して前記音源の近似
    方向を探知するための、前記音声を表わす信号を受信する近似方向ファインダと
    、 前記近似方向に基づき前記音源の精密方向を探知するための、前記近似方向に
    接続される精密方向ファインダと、 測定基準を用いて前記精密方向の有効性を判断することによって、測定の品質
    指数を生成するための測定適格化装置と、 前記音源の精密方向と前記品質指数とを用いて前記カメラの動きを制御するた
    めの制御器と、 を備えているシステム。
  45. 【請求項４５】 電波源の方向を探知する方法であって、 前記電波源から電波を表わす信号を生成するステップと、 前記センサ間で選択されるセンサの一対に関して前記電波源の近似方向を探知
    するべく前記信号を処理するステップと、 前記近似方向に基づき前記電波を表わす前記信号を更に処理することによって
    、前記電波源の精密方向を探知するステップと、 前記測定基準を用いて前記精密方向の有効性を判断し、また前記測定基準が満
    たない場合、前記精密方向を無効にすることによって、測定を認定するステップ
    と、 を含む方法。
  46. 【請求項４６】 前記電波源が、音源であり、そして前記センサが、マイク
    ロホンである請求項４５記載の方法。
  47. 【請求項４７】 更に、特定の帯域幅の周波数を含むフィルタされた信号を
    生成するべく前記電波を表わす前記信号をフィルタするステップを含む請求項４
    ５記載の方法。
  48. 【請求項４８】 測定を認定するステップが、 信号対雑音比（ＳＮＲ）を計算する少なくとも１つのステップと、 ＳＮＲが閾値以下である場合、前記精密方向を無効にするステップと、 を含む請求項４５記載の方法。
  49. 【請求項４９】 電源の前記方向を探知する方法において、 予め定められた形状に配置されるセンサのアレイを用いて前記音源からの電波
    を表わすアナログ信号生成するステップであって、それぞれのセンサが、前記電
    波を感知するステップと、 前記アナログ信号をデジタル信号に変換するステップと、 特定の帯域幅の周波数を含むフィルタされた信号を生成するべく前記デジタル
    信号をフィルタするステップと、 前記センサ間で選択されるセンサの一対に関して前記電波源の近似方向を探知
    するべく前記信号を処理するステップと、 前記近似方向に基づき前記電波を表わす前記信号を更に処理することによって
    、前記電波源の精密方向を探知するステップと、 測定基準を用いて前記電波源の精密方向の有効性を判断することによって、ま
    た前記測定基準が満たされない場合、前記精密方向を無効にすることによって、
    測定を認定するステップと、 を含む方法。
  50. 【請求項５０】 測定を認定するステップが、 信号対雑音比（ＳＮＲ）を計算する少なくとも１つのステップと、 ＳＮＲが閾値以下である場合、前記精密方向を無効とするステップと、 を含む請求項４９記載の方法。
  51. 【請求項５１】 信号対雑音比（ＳＮＲ）を計算するためのステップが、 前記測定された信号の電流信号ブロック用の信号パワーを計算するステップと
    、 予め定められた時限内に信号ブロックを超える前記最大信号パワーを有する前
    記信号ブロックを探知することによって雑音パワーを計算するステップと、 前記信号パワー対前記雑音パワーの比を計算することによって、前記信号対雑
    音比（ＳＮＲ）を計算するステップと、 を含む請求項５０記載の方法。
  52. 【請求項５２】 前記精密方向が、方位角と仰角とに関して計算される請求
    項５０記載の方法。
  53. 【請求項５３】 前記測定を認定するステップが、更に、 仰角が、許容値内にない場合、前記電波源の精密方向を無効にするステップを
    含む請求項５２記載の方法。
  54. 【請求項５４】 前記許容値が、３０度から１５０度の間である請求項５３
    記載の方法。
  55. 【請求項５５】 前記近似方向を探知するステップが、 互いに近接する複数対のセンサ用の０−遅延相互相関を計算するステップと、 最高の０−遅延相互相関を有する前記センサ対を選択することによって前記セ
    クタ方向を識別するステップと、 を含む請求項５２記載の方法。
  56. 【請求項５６】 前記測定を認定するステップが、 前記推定方位角を前記セクタ方向と比較するステップと、 前記方位角と前記セクタ方向との間の差が、許容値内にない場合、前記精密方
    向を無効にするステップと、 を含む請求項５５記載の方法。
  57. 【請求項５７】 前記許容値が、−６０度と６０度の間である請求項５６記
    載の方法。
  58. 【請求項５８】 前記精密方向を探知するステップが、 前記セクタ内のすべてのセンサの複数対を識別するステップと、 前記セクタ内の複数対のセンサごとに完全な相互相関を計算することによって
    、個々に測定された遅延を計算するステップと、 前記個々に測定された遅延の最小二乗法解決を見つけることによって、前記精
    密方向を探知するステップと、 を含む請求項４９記載の方法。
  59. 【請求項５９】 前記測定を認定するステップが、 前記精密方向から個々の推定遅延を生成するステップと、 前記個々の測定遅延と前記個々の推定遅延との差を見つけることによって、遅
    延スプレッドを計算するステップと、 前記遅延スプレッドが閾値を超える場合、前記精密方向を無効にするステップ
    と、 を含む請求項５８記載の方法。
  60. 【請求項６０】 前記マイクロホンが、オムニマイクロホンである請求項４
    ９記載の方法。
  61. 【請求項６１】 前記マイクロホンが、心臓形のマイクロホンである請求項
    ４９記載の方法。
  62. 【請求項６２】 前記マイクロホンが、ダイポールマイクロホンである請求
    項４９記載の方法。
  63. 【請求項６３】 前記特定の帯域幅が、方向決定に対して重要な音波の周波
    数範囲によって決定される請求項４９記載の方法。
  64. 【請求項６４】 前記特定の帯域幅が、最適帯域幅で到達するために、力学
    的に前記帯域幅を調節する較正プロセスによって決定される請求項４９記載の方
    法。
  65. 【請求項６５】 前記音源からの音波を感知するマイクロホンのアレイから
    サンプルされる音源を表わすデジタル信号を処理し、そしてメモリを有するコン
    ピュータにおける前記音源の方向を探知するための方法であって、 前記センサ間で選択されるセンサの一対に関して、前記音源の近似方向を探知
    するべく前記デジタル信号を処理することによって、前記音源の近似方向を探知
    するステップと、 前記近似方向に基づき前記デジタル信号を更に処理することによって前記音源
    の精密方向を探知するステップと、 測定基準を用いて前記精密方向の有効性を判断することによって、また前記測
    定基準が満たされない場合、前記精密方向を無効にすることによって、測定を認
    定するステップと、 を含む方法。
  66. 【請求項６６】 前記音源の近似方向を探知するステップが、 互いに近接する複数対のセンサ用の０−遅延相互相関を計算するステップと、 前記最高の０−遅延相互相関を有する前記センサ対を選択することによって、
    セクタ方向を識別するステップと、 を含む請求項６５記載の方法。
  67. 【請求項６７】 前記音源の精密方向を探知するステップが、 前記セクタ内のすべてのセンサの複数対を識別するステップと、 前記セクタ内の複数対のセンサごとに完全な相互相関を計算することによって
    、個々に測定された遅延を計算するステップと、 前記個々に測定された遅延の最小二乗法解決を見つけることによって、前記精
    密方向を探知するステップと、 を含む請求項６５記載の方法。
  68. 【請求項６８】 測定を認定するステップが、 信号対雑音比（ＳＮＲ）を計算するための少なくとも１つのステップと、 ＳＮＲが閾値以下の場合、前記精密方向を無効にするステップと、 を含む請求項６５記載の方法。
  69. 【請求項６９】 特定の音源の方向にマイクロホンシステムの方向を制御す
    る方法であって、 予め定められた形状に配置されるマイクロホンのアレイを用いて前記音源から
    音波を表わす信号を生成するステップであって、それぞれのマイクロホンが前記
    音波を感知するステップと、 前記センサ間で選択されるセンサの一対に関して前記電波源の近似方向を探知
    するため前記信号を処理するステップと、 前記近似方向に基づき前記電波を表わす前記信号を更に処理することによって
    、前記電波源の精密方向を探知するステップと、 前記測定基準を用いて前記精密方向の有効性を判断することによって、測定の
    品質指数を生成するステップと、 前記音源の精密方向と前記品質指数とを用いて前記マイクロホンシステムの動
    きを制御するステップと、 を含む方法。
  70. 【請求項７０】 前記マイクロホンシステムが、指向性マイクロホンシステ
    ムである請求項６９記載の方法。
  71. 【請求項７１】 前記指向性マイクロホンシステムが、干渉を抑制するため
    の適応フィルタを備えている請求項７０記載の方法。
  72. 【請求項７２】 特定の音源の方向にカメラの方向を制御する方法であって
    、 予め定められた形状に配置されるマイクロホンのアレイを用いて前記音源から
    の音波を表わす信号を生成するステップであって、それぞれのマイクロホンが前
    記音波を感知するステップと、 前記センサ間で選択されるセンサの一対に関して前記電波源の近似方向を探知
    する音波を表す前記信号を処理するステップと、 前記近似方向に基づき電波を表わす前記信号を更に処理することによって、前
    記電波源の精密方向を探知するステップと、 前記測定基準を用いて前記精密方向の有効性を判断することによって、測定の
    品質指数を生成するステップと、 前記音源の精密方向と前記品質指数とを用いて前記カメラの動きを制御するス
    テップと、 を含む方法。
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