JP2003514481A - 超指向性ビーム形成の設計及び実施 - Google Patents

超指向性ビーム形成の設計及び実施

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JP2003514481A
JP2003514481A JP2001537878A JP2001537878A JP2003514481A JP 2003514481 A JP2003514481 A JP 2003514481A JP 2001537878 A JP2001537878 A JP 2001537878A JP 2001537878 A JP2001537878 A JP 2001537878A JP 2003514481 A JP2003514481 A JP 2003514481A
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マラシュ，ヨセフ
バードゥゴ，バルク
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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】 適応及び／または固定動作が可能な１つまたはそれより多いフィルタが組み込まれたセンサアレイ受信システム。フィルタは複数の係数で定められ、係数は受信アレイの出力の信号対雑音比を最大化するように設定される。好ましい実施形態の１つにおいて、フィルタ係数は適応的に決定され、指定されたイベントの発生時にはあらかじめ定められた固定値群に移される。これにより、センサアレイを適応モード及び固定モードのいずれにおける動作も可能となり、与えられた動作環境に対して最も有利なモードを採用する能力がアレイに備えられる。別の好ましい実施形態において、フィルタ係数は、あらかじめ定められた雑音環境に対して最適であるように決定された固定値群に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】関連出願へのクロスリファレンス 本出願は、本明細書に参照として含まれる、アンドレア(Andrea)等により１９
９９年１０月２２日に出願された、名称を「妨害の適応キャンセルのためのシス
テム及び方法」とする、米国特許出願第 号(弁理士事件整理番
号６７００２５−７０１０)に関する。
【０００２】発明の属する技術分野 本発明は信号処理に関し、さらに詳しくは、センサアレイで受信される信号の
、アレイが所望の信号を受信するために用いられているときにアレイで受信され
る雑音の大きさを最小限に抑えるための処理に関する。
【０００３】発明の背景 ビーム形成は、センサアレイのための空間的感度パターンの形成にともなう操
作を指すために用いられる用語である。古典的なビーム形成は、“遅延及び加算
型形成”と定義される。遅延及び加算型ビーム形成においては、信号源が、セン
サアレイに伝搬し、信号源の方向及びセンサアレイの寸法形状に依存して、相異
なる時刻にセンサアレイに到達する波を送り出す。アレイのセンサの出力は、好
ましい方向から発せられた信号源の波の到達時刻の遅れを補償するために遅延さ
れ、古典的な指向性ビーム形成器出力を与えるために足し合わされる。好ましい
方向(視線方向と称される)以外の方向に位置する信号源(すなわち、雑音源また
は妨害源)の影響はビーム形成プロセスにより低減され、好ましい方向に向けて
プロセスの最大感度が得られる。
【０００４】 センサアレイは、例えば、音源からの音響を受信するマイクロフォンアレイと
することができる。ビーム形成プロセスは、(例えばソナーシステムにおいて)音
源の位置を示す図をつくるため、あるいは遅れ補償を調節して、アレイの視線方
向を“嚮導”することにより、方向が既知の音源を強調するために用いることが
できる。出力エネルギーがビーム中心に対して３ｄＢ低下する２つの角度の間の
差として通常定義される−ビーム幅は、アレイ長、受信信号周波数、及び受信信
号の伝搬速度(ここでの例では音速)に依存する。実用目的の多くに対し、アレイ
のビーム幅は十分に狭くはないであろうし、アレイ長の拡大は望ましくない。こ
のような場合には、より指向性の高いビーム形成プロセスが必要である。
【０００５】 さらに、遅延及び加算型ビーム形成では最適雑音低減が得られない。センサ出
力がフィルタ(それぞれのセンサにそれぞれのフィルタ)にかけられて、フィルタ
の出力が足し合わされるならば、様々な形状のビーム形成器出力を得ることがで
き、雑音低減を改善することができる。慎重な設計により、例えば、指定された
方向に向けてヌル(ゼロ受信)をつくりだすことが可能である。雑音源の方向が知
られている場合に、ヌルをその方向に配置すれば、古典的遅延及び加算型ビーム
形成器の雑音低減に比較して改善された雑音低減を実現することができる。
【０００６】 雑音の存在下でビーム形成器の最適性能を得るための２つの基本的手法が開発
されている。モンジンゴ(Monzingo)及びミラー(Miller)−「適応アレイ入門」(ワ
イリー(Wiley)出版，ニューヨーク)の８９〜１０５ページ及び１５５〜２１６ペ
ージに発表された第１の手法は、それぞれの周波数について式(１)：
【数９】 の利得重みをもつであろうフィルタがそれぞれのセンサに対してつくられれば、
ビーム形成器の出力は雑音低減に関して最適な性能をもつであろうことを示して
いる。上記の重みは視線方向で利得１に維持される(所望の信号の歪はない)が、
出力には最小エネルギーが与えられるであろう。２つの仮定(最小エネルギー及
び信号劣化無し)から、出力には最小の雑音が得られるであろう。式(１)におい
て、Ｃは雑音共分散行列であり、式(２)：
【数１０】 と表わすことができる。ここで：
【数１１】 (式(３))はそれぞれのアレイ素子における雑音測定値であり、ｖは：
【数１２】 (式(４))で表わされる視線方向に向かう嚮導ベクトルであって、τ０〜τ(ｎ-１ ) は視線方向で発せられる目標により元０〜(ｎ−１)のそれぞれに導入される嚮
導遅延である。さらに、被フィルタリング元手法は、重みが収束して最適解を与
えるように重みが重み自体を適応させる、適応ビーム形成器を与えるために、フ
ロスト(Frost)により拡張された(Ｏ．Ｌ．フロスト３世，「線形拘束適応アレイ
信号処理のためのアルゴリズム」，Proc. IEEE誌，第６０巻，第８号，９５６〜
９３５ページ(１９７２年８月))。
【０００７】 最適ビーム形成器性能を得るための第２の基本的手法は、最適ビーム形成器の
課題への雑音キャンセル(ＮＣ)手法の使用を示唆した、グリフィス(Griffiths)
により開発された(Ｌ.Ｊ.グリフィス及びＣ.Ｗ.ジム(Jim)，「線形拘束適応ビー
ム形成への代替手法」，IEEE Trans. Antennas Propagat.誌，第ＡＰ−３０巻，
第１号，２７〜３４ページ，(１９８２年１月))。グリフィスの手法では、適応
係数が最小二乗平均(ＬＭＳ)アルゴリズムにより更新される。グリフィスは、信
号と雑音がともに存在する主チャネル及び雑音だけが存在する(すなわち無信号
の)参照チャネルを得るために、アレイ素子の信号を用いることを提案した。主
チャネルはアレイ素子の内の１つだけにより、あるいは古典的な遅延及び加算型
形成により生成することができる。参照チャネルは、１つのアレイ素子を別の１
つのアレイ素子から減算することにより、あるいは視線方向(すなわち信号の方
向)でゼロ出力を与えるアレイ素子の他のいずれかの線形結合を形成することに
より、生成することができる。主チャネル及び参照チャネルは、最適ビーム形成
器を得るために適応ＬＭＳウゥドロウ(Widrow)フィルタで利用される(「適応雑音
キャンセル：原理と応用」−ウィドロウ，グローバー(Glover)，マックール(McCo
ol)−Proc. IEEE誌，第６３巻，第１２号，１６９２〜１７１６ページ(１９７５
年１２月)を参照されたい)。この適応ビーム形成器ではそれぞれの参照チャネル
がフィルタリングされ(すなわち、それぞれのチャネル信号が一組のフィルタ係
数と畳み込み積分され)、フィルタリングされたチャネルが雑音推定値を得るた
めに足し合わされ、雑音推定値が無雑音信号を与えるために主チャネルから差し
引かれる。グリフィス解におけるフィルタ係数は：
【数１３】 (式(５))に収束する。ここでＣは雑音共分散行列、ｐはビーム出力と参照チャネ
ルとの間の相関ベクトルである。この手法では嚮導が参照チャネル及びビームの
生成によりなされ、よって式(５)には視線方向に向かう嚮導ベクトルがないこと
に注意されたい。グリフィスは、ｎ素子システムに対してｎ−１の参照チャネル
を生成すれば、ＬＭＳ手法がフロストと同じ最適解に収束するであろうことを示
した。
【０００８】発明の目的及び概要 上に論じた最適ビーム形成への２つの手法は主として適応解を与えるために開
発されたが、これらの手法はどのような最適解が雑音共分散行列に与えられるか
も教示することが認識されている。既定のフィルタが設計されて使用される非適
応手法は、時には適応手法よりも魅力的である。固定ビーム(非適応)手法は、計
算負荷がかなり少なく、所望の信号の参照チャネルへの漏洩に対する感度がかな
り低く、所望の信号に歪を生じさせない。また固定手法には、反響及び拡散性低
雑音のようなあるタイプの雑音を適応プロセスよりうまく処理する潜在能力もあ
る。他方で、適応プロセスはかなりの指向性雑音に対して最高の不感受性を与え
るから、適応プロセスもあきらめたくはないであろう。適応及び非適応手法のい
ずれをも用いるハイブリッドシステムは、両手法の利点を実現するシステムを与
える。
【０００９】 さらに、上述の最適ビーム形成手法は与えられた雑音共分散行列に解を与える
が、この行列を特定の雑音状況に対してどのように決定するべきであるかは示さ
ない。また、方程式はそれぞれの周波数に必要な重みをどのようにして計算でき
るかは示すが、重みが付けられた解を近似する時間ドメインフィルタをどのよう
に実施するかは示さない。この分野におけるこれまでの研究は、そのような時間
ドメインフィルタをいかに設計して複合適応／非適応ビーム形成システムに実施
するかは論じていない。さらに、アレイ素子の感度、位相、または個装の影響の
差、及び固定ビームの性能に関する機械的干渉を克服するための手法については
何の教示もない。
【００１０】 上記に鑑みて、本発明の目的は、最適雑音低減性能を得ることができるセンサ
アレイビーム形成システムを提供することにある。
【００１１】 本発明の別の目的は、センサアレイビーム形成システムにおける最適フィルタ
を設計するための簡単で容易な方法を提供することにある。
【００１２】 本発明のまた別の目的は、最適システムを固定解システムとして、または複合
された固定及び適応システムとして実施するための簡単で容易な方法を提供する
ことにある。
【００１３】 本発明のさらにまた別の目的は、センサ(例えばマイクロフォン)の固有特性、
及びアレイの性能に影響するその他の機械的または音響的特徴を考慮に入れる、
センサアレイビーム形成システムのための最適フィルタを設計するための方法を
提供することにある。
【００１４】 本発明の上記目的を実現し、従来システムの欠点を克服するため、本発明は、
適応及び／または固定動作が可能な１つまたはそれより多いフィルタを組み込ん
だセンサアレイ受信システムを提供する。フィルタは複数の係数で定められ、係
数は受信アレイの出力の信号対雑音比を最大化するように設定される。好ましい
実施形態の１つにおいて、フィルタ係数は適応的に決定され、特定のイベントの
発生時にはあらかじめ定められた一群の固定値に移る。これにより、センサアレ
イには適応及び固定モードのいずれにおける動作も可能になり、与えられた動作
環境に最も有利なモードを用いる能力がアレイに備わる。別の好ましい実施形態
において、フィルタ係数は、あらかじめ定められた雑音環境に最適であるように
決定される一群の固定値に設定される。
【００１５】 すなわち、その出願に引用された資料、特許及び特許出願とともに本明細書に
参照として含まれる、アンドレア等により１９９９年１０月２２日に出願された
、名称を「妨害の適応キャンセルのためのシステム及び方法」とする、米国特許出
願第 号(弁理士事件整理番号６７００２５−７０１０)が参照
される；本発明は、アンドレア等及び／またはアンドレア等に引用される(本明
細書に含められる)資料、特許及び特許出願に開示されるかまたは論じられる実
施形態とともに用いることができる；例えば、本発明の“超ビーム”技術は、ア
ンドレア等及び／またはアンドレア等に引用される(本明細書に含められる)資料
、特許及び特許出願に開示されるかまたは論じられる実施形態にある“ＤＳＤＡ
”技術とともに用いることができる。
【００１６】詳細な説明 例として与えられ、本発明をそれだけに限定することは目的とされていない、
以下の詳細な説明は、同じ参照数字が同じ要素及び部品を表わす添付図面と合わ
せれば最もよく理解されるであろう。
【００１７】 以下の説明は４部に分けられる。第１部は、被フィルタリング入力手法に基づ
く固定ビーム最適フィルタの設計及び実施のための方法を詳説する。第２部は、
被フィルタリング参照手法に基づく固定ビーム最適フィルタの設計及び実施のた
めの方法を詳説する。第３部は、固定解及び適応解のいずれをも含むハイブリッ
ドシステムを詳説する。第４部は、固定ビームフィルタの設計及び実施への２つ
の代替手法を詳説する。
【００１８】 １−被フィルタリング入力手法に基づく固定ビーム最適フィルタの設計及び実施 方法 図１は、本発明にしたがう被フィルタリング入力型ビーム形成システムのブロ
ック図である。図１からわかるように、Ｎ個のマイクロフォン１０１〜Ｎが信号
処理器１２１〜Ｎにより処理されてサンプリングされる。サンプリングされたマ
イクロフォン信号は、それぞれ時限タップ付遅延線１４１〜Ｎに格納され、コン
ボルバ１８１〜Ｎを介してフィルタ１６１〜Ｎによりフィルタリングされる。フ
ィルタの出力は加算器２０により足し合わされて固定ビーム形成器解を与える。
図１の実施形態において、本発明は、雑音共分散行列を生成し、次いで式(１)を
用いてフィルタ１６１〜Ｎのための係数を実際に設計するための方法を与える。
式(１)は周波数ドメインにおいて必要な係数を与えることに注意すべきである。
時間ドメイン係数は周波数ドメイン係数から得られる。
【００１９】 与えられたいずれかの状況に対する最適解を決定するため、妨害源の空間分布
(方向及び相対強度)に関する状況を最初に定める。妨害源のそれぞれに対し、遠
距離場モデルを仮定する。単一の遠距離場源により発生される波動場を測定する
、既知の任意の寸法形状をもつＭ個の同等の無指向性センサからなるアレイを考
察する。ｒｉがｉ番目のセンサの位置を表わすとし、ここでｒｉ＝[ｘｉ，ｙｉ
，ｚｉ]であり、φ及びθがそれぞれ放射源の方位角及び仰角を表わすとする。
【００２０】 ここで、妨害波面の様々なアレイ素子への到達時刻の遅れを表わす、微分遅延
ベクトル：
【数１４】 を定める。ここで第１のセンサは基準としてはたらき、遅延はこのセンサに対し
て測定される。遠距離場の場合に対する信号の“到達方向”ベクトルは：
【数１５】 (式(６))で与えられる。アレイのセンサ間の距離行列Ｒ：
【数１６】 (式(７))を定める。いずれか２つのセンサ間の時間遅延は、波の伝搬測度(例え
ば音速)で除された、ｋベクトルに沿う前記２つのセンサ間の距離ベクトルの射
影に等しい。したがって遅延ベクトルは：
【数１７】 (式(８))と表わすことができる。ここでｃは波の速度であり、行列Ｒは全てのセ
ンサと基準センサとの間の距離ベクトルからなる。さらに明示的には、センサｊ
に対して：
【数１８】 (式(９))と書くことができる。妨害ｉの振幅がｓｉであり、到達方向ベクトルが
ｋｉであると仮定すれば、アレイによる妨害ｉの測定値は妨害源振幅を乗じた妨
害源嚮導ベクトル：
【数１９】 (式(１０))と表わすことができる。妨害源ｉの雑音共分散行列への寄与は：
【数２０】 (式(１１))と表わすことができる。ｂｉは決定論的であり、ここではｓｉ ２が妨
害源ｉのパワーである定常源を仮定しているから、上式は：
【数２１】 (式(１１ａ))に簡約される。妨害に相関がないという仮定の下に：
【数２２】 (式(１２))と書くことができる。それぞれのセンサに無相関雑音(空間的に分布
した白色雑音)ｎが付加されていると仮定すれば：
【数２３】 (式(１３))が得られる。ここでＩは[Ｍ×Ｍ]型の単位行列である。
【００２１】 これで、既定の雑音環境に対する雑音共分散行列が得られた。式(１)を用いる
ためには、嚮導ベクトルｖを計算する必要がある。この嚮導ベクトルは定められ
た方向に向かうアレイの視線を表わす。嚮導ベクトルｖは式(４)で既に表わされ
ているベクトルの共役であり、φ及びθがそれぞれ視線方向の方位角及び仰角で
ある雑音源の嚮導ベクトル(式(８)及び(９)参照)と同じ方法で計算される。
【００２２】 雑音に対する遠距離場モデルは、上記の式を得るために用いられたことに注意
すべきである。目標(所望の信号)に対して遠距離場モデルを用いることは必ずし
も望ましくはない。例えば、近距離場状況において目標への収束効果の実施が望
まれることがある。そのような効果は、嚮導ベクトルを適宜に操作することによ
り得ることができる。
【００２３】 式(１)を用いる図１の固定解手法により、それぞれの周波数についてアレイの
それぞれのセンサの利得重みを計算する方法が得られる。さらに詳しくは、図１
のシステムが注目する周波数のそれぞれについて式(１)が解かれて、それぞれの
フィルタに対して１つの重みが得られる(ｗ最適はセンサの数に等しい数の元を
もつベクトルである)。すなわち、例えば１０の周波数について最適重みを得た
い場合には、式(１)が１０の周波数について解かれ、次いで、フィルタ１６１〜 Ｎ のそれぞれが１０の周波数ドメイン重み−フィルタの周波数ドメイン応答を定
めるそれぞれのフィルタの周波数ドメイン重みの集合−により定められる。
【００２４】 それぞれのフィルタの周波数応答が決定されると、決定された周波数応答を与
える時間ドメインフィルタを設計する必要がある。重み(すなわち“利得”)が−
所望のフィルタが線形位相を有することを意味する−実数であれば、この重みを
よく知られた方法のいずれかに用いて、それぞれのセンサに対するフィルタを設
計することができる。例えば、リーメス(Remez)交換法を用いることができる。
アレイが直線であり、雑音源が視線方向を中心にして対称構造に配置されている
ような単純な場合に対しては、利得重みは実数になるであろう。雑音構造が対称
的でない場合のように、利得重みが複素数であれば、必要なフィルタは線形位相
をもたないであろう。このような場合に対しては、フィルタに所望の周波数応答
及び位相を与えるであろう時間ドメイン関数を得るために、それぞれのフィルタ
に対する重みをＩＦＦＴ(高速逆フーリエ変換)手続きに与えることができる。
【００２５】 ２−被フィルタリング参照手法に基づく固定ビーム最適フィルタの設計及び実施 方法 図２は、本発明にしたがう被フィルタリング参照型ビーム形成システムのブロ
ック図である。図２からわかるように、Ｎ個のマイクロフォン２６１〜Ｎが信号
処理器２８１〜Ｎで処理されてサンプリングされる。マイクロフォンの出力は、
ビームチャネルを与えるための遅延及び加算型形成器３０により、またＬＭＳビ
ーム形成システムで一般的な参照チャネルプロセッサ３２により、処理される。
図示されているように、ビームチャネルは入力への古典的な遅延及び加算型ビー
ム形成プロセスで形成できるが、代替プロセスには視線(傾聴)方向で最大値を与
えるであろうセンサ出力のいずれかの線形結合がある。参照チャネルは、ヌルが
視線方向に向けて配されるように処理される。これは、１つのマイクロフォンを
他の１つのマイクロフォンから差し引くことにより、あるいはセンサ出力の別の
いずれかの線形結合をつくるることにより達成できる。参照チャネルの出力はそ
れぞれタップ付遅延線３４１−Ｌ(ＬはＮに等しいことも等しくないこともある)
に格納され、コンボルバ３８１−Ｌを介してフィルタ３６１−Ｌによりフィルタ
リングされる。フィルタリングされた参照チャネル出力は加算器４０により足し
合わされ、遅延線４４で遅延されたビーム形成器出力から減算器４２により差し
引かれる。この構成は、参照チャネルが適応フィルタによりフィルタリングされ
、次いで足し合わされて、遅延された主ビーム信号から差し引かれる、適応ビー
ム形成器で一般的である。ここでの事例の場合、フィルタは固定型(非適応型)で
あり、あらかじめ設定されている。本方法は、適応解及び固定解のいずれにも適
用できる、適応ビーム形成器の構成を既に有するシステムにおいて極めて実用的
である。
【００２６】 図２の被フィルタリング参照実施形態において、フィルタの係数は式(５)を用
いて設計され、決定される。さらに詳しくは、雑音共分散行列が決定され、次い
でフィルタ係数を決定するために式(５)が用いられる。図１の被フィルタリング
入力実施形態の場合と同様に、式(５)は周波数ドメインにおけるフィルタ係数を
与え、この周波数ドメイン係数から時間ドメイン係数を得る必要がある。
【００２７】 式(５)は：
【数２４】 と表わされ、ここでＣは参照チャネルで測定された雑音共分散行列であり、ｐは
主チャネル(ビーム)出力と参照チャネルとの間の相関ベクトルである。雑音共分
散行列は、被フィルタ入力手法で用いた技法と同様の技法を用いて得られる。違
いは、それぞれのセンサに現れたときではなく、参照チャネルに現れたときに受
信される雑音を得なければならないことである。これを行うため、初めにそれぞ
れの雑音源のそれぞれのセンサへの寄与(前の方法で得られたｙｉと同じ)を得て
から、それぞれの雑音源のそれぞれの参照チャネルへの寄与を見いだす。参照チ
ャネルは一般に、アレイの視線方向を指すヌルをもつ比較的一様な感度パターン
を有する。参照チャネルは、アレイ素子が視線方向に嚮導された後に、アレイ素
子の出力の線形結合を用いてつくられる。例えば、(ｘｎで表わされる)入力が視
線方向に対する補償のため適当に遅延された後に、ｘ１＋ｘ２−(ｘ３＋ｘ４)を
参照チャネルとすることができる。これらの関係はヌル化行列Ｎとして表わすこ
とができる(無信号参照であることを保証するためには行列の各行の元の総和が
０でなければならないことに再度注意されたい)。
【００２８】 ４つのマイクロフォン及び３つの参照チャネルからなるアレイに対するヌル化
行列の例は：
【数２５】 (式(１４))である。ｎ素子アレイに対し、独立なヌルはｎ−１しか生成できない
ことにも注意されたい。視線方向への嚮導ベクトルをｖで表わせば、雑音源ｉの
参照チャネルへの寄与は：
【数２６】 (式(１５))により得ることができる。ここでdiag(ｖ)は元がベクトルｖの元であ
る対角行列(横型アレイに対してはdiag(ｖ)＝Ｉ−単位行列)、ｙｉは上述したア
レイ素子で測定される雑音源ｉの妨害寄与、Ｎは参照チャネルの生成に用いられ
るヌル化行列、ｘｉは参照チャネルで測定される雑音源ｉの妨害の寄与である。
式(１５)により、雑音源の寄与はアレイ素子から参照チャネルに“転写”される
。
【００２９】 参照チャネルで測定される総雑音は、それぞれの妨害が寄与する雑音の総和：
【数２７】 (式(１６))であり、ここでｘは参照チャネルで測定される雑音である。ｘｉのそ
れぞれの雑音共分散行列への寄与は：
【数２８】 (式(１７))で表わされる。式(１１)の場合と同様に、ｘは決定論的因子(嚮導要
素)が乗じられた定常信号であるから、式(１７)は：
【数２９】 (式(１７ａ))に簡約される。妨害には相関がないという仮定の下に：
【数３０】 (式(１８))と書くことができる。それぞれのセンサに無相関雑音(空間的に分布
した白色雑音)ｎが付加されていると仮定すれば：
【数３１】 (式(１９))が得られる。ここでＩは[Ｍ×Ｍ]型の単位行列である。
【００３０】 次に相関ベクトルｐを見いださなければならない。このベクトルはビーム信号
と参照チャネルとの間の相関を表わす。相関ベクトルｐは：
【数３２】 (式(２０))で与えられ、ここでｐｉは：
【数３３】 (式(２１))及び：
【数３４】 (式(２２))で与えられる。Ｃ及びｐがともに得られた後、それぞれの周波数につ
いて利得重みを見いだすために式(５)が用いられる。一組の離散周波数について
の重み及びフィルタの実設計を実際に得られることは、図１の被フィルタリング
入力法に関して上に示した。
【００３１】 固定被フィルタリング参照手法の設計及び実施のための例証的手順が図２Ａに
示される。図からわかるように、第１ステップは所望の雑音状況、アレイ構成並
びに周波数範囲及び分解能を定める(ステップ５０)こと及び本手順で用いられる
ある種の変数を初期化する(ステップ５２)ことである。次いで、第１の雑音源の
−アレイ出力における−雑音共分散行列への寄与が計算される(ステップ５４)。
次いで、雑音源の参照チャネル雑音共分散行列への寄与が、アレイ出力における
雑音源の寄与、ヌル化行列及びアレイの視線方向に向かう嚮導ベクトルに基づい
て計算され(ステップ５６)、ビーム信号と雑音源に対する参照チャネルとの間の
相関ベクトルが決定される(ステップ５８)。
【００３２】 この時点で、それぞれの雑音源がステップ５２〜５８で検討されたか否かにつ
いての決定がなされる(ステップ６０)。全雑音源の検討が終っていなければ、計
数変数がインクリメントされ(ステップ６２)、ステップ５４〜５８が次の雑音源
に対して実行される。全雑音源の検討が終っていれば、参照チャネル共分散行列
を生成するためにそれぞれの参照チャネルへのそれぞれの雑音源の寄与が足し合
わされ、ビーム／参照チャネル相関行列を決定するためにビーム／参照チャネル
相関ベクトルが足し合わされる(ステップ６４)。検討している特定の周波数につ
いて参照チャネル雑音共分散行列及び相関行列が決定されてしまえば、その周波
数に対応するフィルタ係数が、それぞれのチャネルに対し、式(５)にしたがって
決定される(ステップ６６)。
【００３３】 次いで、所望の周波数のそれぞれが検討されたか否かが決定される(ステップ
６８)。全周波数の検討が終っていなければ、計数変数がインクリメントされ(ス
テップ７０)、ステップ５２〜５８が次の周波数に対して実行される。全周波数
の検討が終っていれば、フィルタ設計プログラムが、ステップ６６で決定された
周波数ドメイン係数によって定められる所望の応答を近似する時間ドメインフィ
ルタ係数を得るために用いられる(ステップ７２)。
【００３４】 ３−固定解及び適応解をともに含むハイブリッドシステム 適応システムは雑音環境にいつでも最適解を与えるように設計される。参照チ
ャネル型の手法を用いれば、適応システムは参照チャネルを介して雑音源を測定
し、調べて、ＬＭＳフィルタを用いて雑音源を差し引く。適応システムの主要な
問題は、漏洩問題である。所望の信号が、センサの感度及び位相の差によるか、
あるいは機械的欠陥により、参照チャネルのヌルに“漏洩”する。所望の信号の
ヌルへの漏洩により、システムは所望の信号を雑音であるかのようにキャンセル
しようと試みることになり、よって所望の信号の受信に際して歪が生じる。漏洩
による信号歪を防止する方法の１つは、強い所望の信号が検出されたときに適応
プロセスを遮断(または凍結)することにより、適応プロセスが所望の信号のキャ
ンセルを試みることを防止することである。しかし、適応プロセス遮断ロジック
にかかわらず、遮断は遮断開始直前に存在した解に雑音低減フィルタを固定し、
やがてはフィルタから有効性を失わせる。
【００３５】 漏洩及び遮断にともなう問題を克服し、改善するために、本発明はフィルタ係
数が適応解からあらかじめ制定された固定解に移行するシステムを提供する。シ
ステムは、適応プロセスが遮断されると必ず、フィルタ係数をあらかじめ定めら
れた固定解で初期化して、固定解に移る。移行機構は以下のようにして実施され
る：ｗｉ(ｎ)を時刻ｎにおける適応フィルタのｉ番目の係数とし、ｗｉ(０)をｉ
番目のフィルタ係数の固定値として：
【数３５】 (式(２３))で移行する。ここでγはフィルタがどれだけ速く固定解に収束するか
を決定する。
【００３６】 本発明の移行プロセスは別の目的にも役立つ。適応プロセスは、プロセスを固
定小数点プロセッサで実行すると、数値問題により暴走(すなわち発散)すること
がある(「適応フィルタリングにおける限界精度効果」−ジョン・Ｍ・チオフィ(Jo
hn M. Cioffi)−IEEE Transactions on Circuits and Systems誌，第cas-３４巻
，第７号(１９８７年７月)を参照されたい)。そのような発散崩壊を防止するに
は、“漏洩フィルタ”の適用が有効なことがある。漏洩フィルタは係数が更新さ
れる前の数より小さい数をその係数に乗じ、よって数値問題による発散を防止す
る。漏洩プロセスでは、フィルタは最適解に収束できないが、数学的発散は防止
される。
【００３７】 本明細書で提案される減衰プロセスの使用により、適応プロセスが遮断される
と必ず適応プロセス全体が実際にリセットされるので、強力な漏洩プロセスを(
あるいはいかなる漏洩プロセスも)用いる必要がなくなるであろう。フィルタは
最適には至らないが、かなりよい解に移り、遮断に通常ともなう陥穽が回避され
るであろうから、減衰プロセスは−遮断がより頻繁におこることを可能にし得る
という意味で−遮断ロジックにより寛容でもあり得る。
【００３８】 ４−固定ビームフィルタの設計及び実施の代替手法 本説明の第１部及び第２部では、本発明の固定ビーム形成器の実施が提出され
た。これらの２つの実施においては、球内に雑音源を配することにより雑音構造
がシミュレートされ、次いで雑音共分散行列が計算されて、この雑音構造に対す
る最適フィルタが得られる。本説明の第３部においては、ハイブリッドビーム形
成器の実施が論じられた。第３の実施においては、適応すべきかなりの雑音があ
る場合に適応プロセスが用いられ、何らかの理由(例えば強信号)により適応プロ
セスが禁じられる場合に固定解が取り込まれる。
【００３９】 適応解に対する構造基盤があると仮定すれば、適応プロセスを用いて固定解を
得るためにその構造基盤を利用し得ることがここで提案される。例えば、適応プ
ロセスが(例えばマットラブ(Matlab)のような)高水準言語を用いてオン及びオフ
ラインシステムに実施されるとする。雑音構造をオフラインでシミュレートする
こと、すなわちそれぞれのマイクロフォンにおける雑音信号(雑音源嚮導ベクト
ルが乗じられた時間ドメイン雑音源)を得ることができる。次いでこの雑音デー
タを模擬オフライン適応プロセスに与えることができる。適応プロセスが収束す
ると、フィルタ係数の最終値を読み出し、これらをあらかじめ定められた雑音状
況に対する最適解として用いることができる。模擬環境で適応プロセスを用いて
固定重みを得ることの欠点は、時間がかかることである。フィルタが収束するに
は大きなデータファイルを用意する必要があり、適応プロセスは、オフラインで
行われる場合には計算負荷が非常に重い。また、適応システムシミュレーション
の存在が仮定されており、これが存在しない場合は用意しなければならない。こ
の方法の利点は、直接法よりも正確な解が得られるであろうことである。その理
由は、直接法が周波数ドメインで利得重みを決定することである。直接法は次い
で、本質的に近似であり、制御手段をもたない本来的な折衷を含む、フィルタ設
計プロセスを経なければならない。それにもまして、第１部及び第２部で論じた
方法ではそれぞれのフィルタが独立に設計されるから、(全てのフィルタを同時
に用いる)ビーム形成器の総合性能に対して、よりよい解はあり得ないことが保
証されない。
【００４０】 適応プロセスを通して模擬データを走らせることにより、模擬状況に対する、
すなわち模擬雑音環境及びアレイ構造に対する最適解が得られることが保証され
る。例えば、参照チャネル型適応フィルタを用いれば、解には−第２部で論じら
れた独立のフィルタ設計では考慮に入れられていない−参照チャネルが実際に実
施される特定の方法が考慮されることになろう。
【００４１】 本発明で提案される別の手法では、実時間作動適応フィルタがあると仮定され
る。模擬雑音データは、マルチチャネルデジタルテープレコーダまたはマルチチ
ャネルサウンドカードを装着したコンピュータのような記録媒体に格納できる。
雑音データは、解に収束し、最終フィルタ係数を凍結して、固定解として永続的
に格納するか、あるいは固定ビーム形成器解に焼き付けるためにホストシステム
に送るであろう、実時間作動システムに送り込むことができる。この方法の利点
は、いったん雑音データが用意されれば、解が非常に速く得られることである。
適応フィルタは数秒で収束するであろう。この方法の別の利点は、固定解に−固
定少数点及び数値の誤り、システムの最終ダイナミックレンジ、相異なるＡ／Ｄ
コンバータのようなプロセッサの入力ポートの差等のような−実施に関係する全
ての種類の問題が考慮に入れられるであろうことである。
【００４２】 上記手法をさらに一歩進めて、本発明は、反響室でラウドスピーカーを用いて
模擬雑音環境をつくりだし、次いで反響室内で適応システムを作動させて、係数
の最終値を固定アレイ解として凍結することを提案する。ラウドスピーカーは、
ある種の雑音状況をシミュレートするために反響室内に配置される。例えば２つ
のラウドスピーカーを、アレイの両側に４０°及び７５°の方位角で配置するこ
とができる。模擬雑音、例えば広帯域ピンクノイズがラウドスピーカーを通して
かけられる。適応システムが作動し、(数秒で)収束して、最終フィルタ値が格納
される。このプロセスは−適応システムが較正モードに入れられ、適応システム
が収束し、次いで収束した係数を固定解として自身のメモリに格納するように−
自動化できる。次いで較正システムが切られて、較正モードから通常動作に切り
換わる。
【００４３】 実作動適応システムを用いることの利点は、プロセッサのダイナミックレンジ
及びフィルタの正確な実装態様のようなシステムの独自性の全てを含むプロセス
自体だけでなく、マイクロフォンの感度及び位相、機械的干渉等のような未知の
要因も、収束解に考慮されていることである。このことは、固定解が位相の不整
合のようないくつかのパラメータに極めて敏感であることがわかっているので、
特に重要である。また、センサがマイクロフォンであり、例えばカージオイド(
単一指向性)マイクロフォンが無指向性マイクロフォンの代わりに用いられる場
合、位相の不整合によりフィルタの実性能が本来の設計からかけ離れたものとな
り得る。マイクロフォン(またはその他のセンサ)アレイの個装も性能に強く影響
し得る。実作動適応システムを用いて固定解係数を適応的に生成することにより
上記のパラメータが全て考慮され、与えられたシステムに最適解が保証される。
【００４４】 本方法の欠点は、一般に、所望の性能改善を達成するためには多くの模擬雑音
源を使用する必要があることである。例えば、アレイの一方の側に配置された１
つの雑音源を用いると、雑音源は効果的にキャンセルされるがアレイの対向側の
ビーム形状は望ましいものではないような適応を、アレイに生じさせ得る。しか
し、固定超指向性が最も必要とされる比較的小さなアレイに対しては、改善され
た性能を得るためには少数の雑音源で通常十分であろう。例えば、開口が６イン
チ(約１５．２ｃｍ)の４つのカージオイドマイクロフォンアレイにおいて、視線
方向から３０°の角度範囲で２０ｄＢの雑音除去を得るには４つの雑音源で十分
である。
【００４５】 反響室内に配された模擬雑音源及び実適応システムの使用による固定フィルタ
係数を生成するための例証的手順が、図３に示される。第１ステップは、スペク
トルが白色またはピンクで、持続時間が３０秒ないしそれ以上の、４つのランダ
ム雑音ファイルを作成する(ステップ７４)ことである。次に、４つのスピーカー
及び１つの適応ビーム形成システムを、スピーカーとアレイの視線方向との間の
角度を−７０°，−４０°，４０°及び７０°に設定して、反響室内に配置する
(ステップ７６)。４つの雑音ファイルをラウドスピーカーに供給し(ステップ７
８)、適応システムを最適解に収束させて、最適解に対応するフィルタ係数を格
納する(ステップ８０)。
【００４６】 システムを較正するための別の手法がここで提案される。マイクロフォンアレ
イが反響室内に配置され、模擬雑音がラウドスピーカーを通してかけられる。ア
レイの出力が記録される(実時間ＤＳＰ(デジタル信号処理)システムは反響室内
にない)。記録された出力は次いで実時間システムで再生される。適応プロセス
が収束し、最終フィルタ係数が格納されて、固定アレイ解としてシステムに焼き
付けられる。この方法は、自動較正及び焼付機構が実装されていない場合に、よ
り実用的なことがある。反響室内におかれたシステムからの係数のダウンロード
及びアップロードの実行は極めて便宜が悪い。この作業には(インサーキットエ
ミュレータまたはシミュレータのような)開発システムが通常必要である。反響
室内で記録を行い、室外におかれた開発システムに係数のダウンロード及びアッ
プロードを行うとさらに一層便宜がよい。
【００４７】 模擬雑音、反響室内に配されたマイクロフォンアレイ及び反響室の外部におか
れた実適応システムの使用による固定フィルタ係数を生成するための例証的手順
が、図４に示される。図３の手順と同様に、図４の手順の第１ステップは、スペ
クトルが白色またはピンクで、持続時間が３０秒ないしそれ以上の、４つのラン
ダム雑音ファイルを作成する(ステップ８２)ことである。次は、４つのスピーカ
ー及び１つのマイクロフォンアレイを、スピーカーとアレイの視線方向との間の
角度を−７０°，−４０°，４０°及び７０°に設定して、反響室内に配置する
(ステップ８４)ことである。４つの雑音ファイルがラウドスピーカーに供給され
(ステップ８６)、マイクロフォンアレイの出力がマルチチャネルレコーダに記録
される(ステップ８８)。次いで、記録された出力が反響室の外部に配置された適
応ビーム形成器システムにかけられ、ビーム形成器は最適解に収束できて、最適
解に対応する係数が、固定フィルタ係数として用いるために格納される(ステッ
プ９０)。
【００４８】 図５は、模擬雑音を生成し、この模擬雑音を用いて固定ビーム形成器係数を生
成するための例証的手順を示す。この手順における第１ステップは、所望の雑音
場状況及びアレイ構成を定める(ステップ９２)ことである。次に、検討される雑
音源を示す計数変数が１に初期化される(ステップ９４)。検討下にある雑音源か
ら発する雑音を表わすためにランダム信号が生成され(ステップ９６)、それぞれ
のセンサについて、検討下にある雑音源からの雑音の寄与が計算される。雑音源
の寄与の計算は：検討下にあるセンサを示す計数変数の１への初期化(ステップ
９８)；雑音源から検討下にあるセンサへの、他のセンサへの時間遅延と相対的
な、時間遅延の決定(ステップ１００)；及びステップ９６で生成されたランダム
信号及び前記時間遅延に基づく雑音源の寄与の決定(ステップ１０２)を含む。
【００４９】 特定のセンサへの雑音源の寄与が計算された後、全てのセンサの検討が終って
いるか否かについての決定がなされる(ステップ１０４)。全てのセンサの検討が
終っていなければ、センサ計数変数がインクリメントされ(ステップ１０６)、手
順はステップ１００に戻る。特定の雑音源に対して全てのセンサの検討が終って
いれば、全ての雑音源の検討が終っているか否かについての決定がなされ(ステ
ップ１０８)、終っていなければ、雑音源計数変数がインクリメントされて(ステ
ップ１１０)、手順はステップ９６に戻る。それぞれの雑音源のそれぞれのセン
サへの寄与が計算されてしまうと、模擬雑音データの生成が完了する。次いで雑
音データが、収束できる適応手順に供給され、収束演算から得られた係数が最適
固定係数として用いるために格納される(ステップ１１２)。
【００５０】 本発明を、特に本発明の好ましい実施形態に関して示し、説明したが、本発明
の精神及び範囲を逸脱することなく様々な変更がなされ得ることが、当業者には
容易に理解されるであろう。したがって、特許請求の範囲は本明細書で説明され
た実施形態だけでなくそれらの等価物の全てを包含すると解されるべきであると
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にしたがう被フィルタリング入力型ビーム形成システムのブロック図
【図２】 本発明にしたがう被フィルタリング参照型ビーム形成システムのブロック図
【図２Ａ】 固定フィルタ参照手法の設計及び実施のための例証的手順を示すフローチャー
ト
【図３】 模擬雑音及び反響室に配置された実適応システムの使用による、固定フィルタ
係数を生成するための例証的手順を示すフローチャート
【図４】 模擬雑音、反響室内に配置されたマイクロフォンシステム及び反響室外に配置
された実適応システムの使用による、固定フィルタ係数を生成するための例証的
手順を示すフローチャート
【図５】 模擬雑音の生成及び固定ビーム形成器係数を生成するための模擬雑音の使用の
ための例証的手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１０，２６ センサ １２，２８ 信号処理器 １４，３４，４４ 遅延線 １６，３６ フィルタ １８，３８ コンボルバ ２０，４０ 加算器 ３０ 遅延及び加算型形成器 ３２ 参照チャネルプロセッサ ４２ 減算器

Claims (48)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所望の信号及び雑音を含む信号を受信するためのセンサアレ
    イにおいて： 複数のセンサ； それぞれの前記センサの出力をフィルタリングするための、各々が１つまたは
    それより多いフィルタ係数により定められる複数のフィルタ；及び センサアレイ出力信号をつくるために前記フィルタの出力を結合するための手
    段； を備え： 前記アレイ出力信号の信号対雑音比を最大化するように前記フィルタ係数が適
    応的に決定され、あらかじめ定められたイベントの発生時には前記フィルタ係数
    の前記適応的決定が停止されて、前記フィルタ係数はあらかじめ定められた一組
    の固定係数に移る； ことを特徴とするセンサアレイ。
  2. 【請求項２】 前記センサがマイクロフォンであることを特徴とする請求項
    １記載のセンサアレイ。
  3. 【請求項３】 前記フィルタ係数が周波数ドメイン係数であり、それぞれの
    前記フィルタについて前記周波数ドメイン係数が前記それぞれのフィルタの周波
    数応答を決定することを特徴とする請求項１記載のセンサアレイ。
  4. 【請求項４】 前記フィルタ係数が時間ドメイン係数であることを特徴とす
    る請求項１記載のセンサアレイ。
  5. 【請求項５】 前記センサのそれぞれの出力に対応し、前記センサからそれ
    ぞれの出力を受け取る複数の遅延線；及び 複数のフィルタリングされた遅延線出力を生成するために、前記遅延線からそ
    れぞれの出力を受け取り、前記受け取られた出力をそれぞれのフィルタ係数と畳
    み込み積分する動作を行う、前記遅延線のそれぞれの出力に対応する複数のコン
    ボルバ； をさらに備え： 前記複数のフィルタリングされた遅延線出力が前記アレイ出力をつくるために
    結合するための前記手段により結合される； ことを特徴とする請求項４記載のセンサアレイ。
  6. 【請求項６】 前記センサからそれぞれの出力を受け取り、前記受け取られ
    たそれぞれの出力をサンプリングして、前記受け取られてサンプリングされたそ
    れぞれの出力をそれぞれの遅延線に渡すための複数の信号処理器をさらに備える
    ことを特徴とする請求項５記載のセンサアレイ。
  7. 【請求項７】 前記固定フィルタ係数が、Ｃを雑音共分散行列、ｖを前記ア
    レイの視線方向に向かう嚮導ベクトル、ｗ最適を前記複数のセンサの数に等しい
    数の元をもつベクトルとする式： 【数１】 を直接かつ非適応的に解くことにより決定され、前記式を“ｎ”個の周波数につ
    いて解けばそれぞれのフィルタに対して“ｎ”個の係数が得られることを特徴と
    する請求項１記載のセンサアレイ。
  8. 【請求項８】 前記固定フィルタ係数が、前記アレイを模擬雑音環境内に配
    置し、前記フィルタの重みの適応を１つの解に収束させ、次いで前記固定フィル
    タ係数を前記収束した適応解の係数に等しい値に設定することにより、決定され
    ることを特徴とする請求項１記載のセンサアレイ。
  9. 【請求項９】 前記固定フィルタ係数が、雑音環境及び前記雑音環境に対す
    る前記アレイの応答をシミュレートし、前記フィルタの重みの模擬適応を１つの
    解に収束させ、次いで実アレイの固定重みとして用いるために前記収束した適応
    解の係数を格納することにより、決定されることを特徴とする請求項１記載のセ
    ンサアレイ。
  10. 【請求項１０】 前記固定フィルタ係数が、雑音環境をシミュレートし、前
    記環境で発生された模擬雑音を記録し、前記模擬雑音を再生して前記アレイに受
    信させて、前記フィルタの重みの適応を１つの解に収束させ、次いで前記アレイ
    の前記固定フィルタ係数を前記収束した適応解の係数に等しく設定することによ
    り、決定されることを特徴とする請求項１記載のセンサアレイ。
  11. 【請求項１１】 所望の信号及び雑音を含む信号を受信するためのセンサア
    レイにおいて： 複数のセンサ； ビーム形成器出力を生成するために前記センサの出力を結合するための遅延及
    び加算型ビーム形成器； １つまたはそれより多い参照チャネル信号を生成するために前記センサの出力
    を結合するための参照チャネルプロセッサ； それぞれの前記参照チャネルのための、各々が１つまたはそれより多い係数に
    より定められる少なくとも１つのフィルタ；及び センサアレイ出力信号を生成するために前記フィルタの出力を前記ビーム形成
    器出力と結合するための手段； を備え： 前記参照チャネルプロセッサ及び前記フィルタは前記アレイ出力信号の信号対
    雑音比を最大化するように動作し、前記フィルタ係数は前記アレイ出力信号の信
    号対雑音比を最大化するように適応的に決定され、あらかじめ定められたイベン
    トの発生時には前記フィルタ係数の前記適応的決定が停止されて、前記フィルタ
    係数はあらかじめ定められた一組の固定係数に移る； ことを特徴とするセンサアレイ。
  12. 【請求項１２】 前記センサがマイクロフォンであることを特徴とする請求
    項１１記載のセンサアレイ。
  13. 【請求項１３】 前記フィルタ係数が周波数ドメイン係数であり、それぞれ
    の前記フィルタについて前記周波数ドメイン係数が前記それぞれのフィルタの周
    波数応答を決定することを特徴とする請求項１１記載のセンサアレイ。
  14. 【請求項１４】 前記フィルタ係数が時間ドメイン係数であることを特徴と
    する請求項１１記載のセンサアレイ。
  15. 【請求項１５】 前記ビーム形成器の前記出力を遅延するための主チャネル
    遅延線； 前記参照チャネル信号のそれぞれに対応し、それぞれの前記参照チャネル信号
    を受け取る複数の参照チャネル遅延線；及び 前記コンボルバは、複数のフィルタリングされた遅延線出力を生成するために
    、前記参照チャネル遅延線からそれぞれの出力を受け取り、前記受け取られた出
    力をそれぞれの前記フィルタ係数と畳み込み積分する動作を行う、前記参照チャ
    ネル遅延線のそれぞれの出力に対応する複数のコンボルバ； をさらに備え： 前記複数のフィルタリングされた遅延線出力及び前記主チャネル遅延線の出力
    が前記アレイ出力をつくるために結合するための前記手段により結合される； ことを特徴とする請求項１４記載のセンサアレイ。
  16. 【請求項１６】 前記センサからそれぞれの出力を受け取り、前記受け取ら
    れた出力をサンプリングして、前記受け取られてサンプリングされた出力を前記
    遅延及び加算型ビーム形成器並びに前記参照チャネルプロセッサに渡すための複
    数の信号処理器をさらに備えることを特徴とする請求項１５記載のセンサアレイ
    。
  17. 【請求項１７】 前記固定フィルタ係数が、Ｃを雑音共分散行列、ｐを前記
    ビーム形成器の出力と前記参照チャネルの出力との間の相関を表わすベクトル、
    ｗ最適を前記複数のセンサの数に等しい数の元をもつベクトルとする式： 【数２】 を直接かつ非適応的に解くことにより決定され、前記式を“ｎ”個の周波数につ
    いて解けばそれぞれのフィルタに対して“ｎ”個の係数が得られることを特徴と
    する請求項１１記載のセンサアレイ。
  18. 【請求項１８】 前記固定フィルタ係数が、前記アレイを模擬雑音環境内に
    配置し、前記フィルタの重みの適応を１つの解に収束させ、次いで前記固定フィ
    ルタ係数を前記収束した適応解の係数に等しい値に設定することにより、決定さ
    れることを特徴とする請求項１１記載のセンサアレイ。
  19. 【請求項１９】 前記固定フィルタ係数が、雑音環境及び前記雑音環境に対
    する前記アレイの応答をシミュレートし、前記フィルタの重みの模擬適応を１つ
    の解に収束させ、次いで実アレイの固定重みとして用いるために前記収束した適
    応解の係数を格納することにより、決定されることを特徴とする請求項１１記載
    のセンサアレイ。
  20. 【請求項２０】 前記固定フィルタ係数が、雑音環境をシミュレートし、前
    記環境で発生された模擬雑音を記録し、前記模擬雑音を再生して前記アレイに受
    信させて、前記フィルタの重みの適応を１つの解に収束させ、次いで前記アレイ
    の前記固定フィルタ係数を前記収束した適応解の係数に等しい値に設定すること
    により、決定されることを特徴とする請求項１１記載のセンサアレイ。
  21. 【請求項２１】 所望の信号及び雑音を含む受信信号の処理方法において： センサのアレイを準備する工程： 各々が１つまたはそれより多いフィルタ係数により定められるフィルタにより
    それぞれの前記センサの出力をフィルタリングする工程；及び センサアレイ出力信号をつくるために前記フィルタの出力を結合する工程； を含み： 前記フィルタ係数が前記アレイ出力信号の信号対雑音比を最大化するように適
    応的に決定され、あらかじめ定められたイベントの発生時には前記フィルタ係数
    の前記適応的決定が停止されて、前記フィルタ係数はあらかじめ定められた一組
    に固定係数に移る； ことを特徴とする方法。
  22. 【請求項２２】 前記センサがマイクロフォンであることを特徴とする請求
    項２１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記フィルタ係数が周波数ドメイン係数であり、それぞれ
    の前記フィルタについて前記周波数ドメイン係数が前記それぞれのフィルタの周
    波数応答を決定することを特徴とする請求項２１記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記フィルタ係数が時間ドメイン係数であることを特徴と
    する請求項２１記載の方法。
  25. 【請求項２５】 複数の遅延線のそれぞれで前記センサの出力を受け取る工
    程； それぞれのコンボルバで前記遅延線の出力を受け取る工程； 複数のフィルタリングされた遅延線出力を生成するために、前記受け取られた
    遅延線出力をそれぞれの前記フィルタ係数と畳み込み積分する工程；及び 前記アレイ出力を生成するために前記フィルタリングされた遅延線出力を結合
    する工程； を含むことを特徴とする請求項２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】 それぞれの信号処理器で前記複数のセンサの出力を受け取
    る工程；及び 前記受け取られた出力をサンプリングして、前記受け取られてサンプリングさ
    れた出力をそれぞれの遅延線に渡す工程； をさらに含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記固定フィルタ係数が、Ｃを雑音共分散行列、ｖを前記
    アレイの視線方向に向かう嚮導ベクトル、ｗ最適を前記センサの数に等しい数の
    元をもつベクトルとする式： 【数３】 を直接かつ非適応的に解くことにより決定され、前記式を“ｎ”個の周波数につ
    いて解けばそれぞれのフィルタに対して“ｎ”個の係数が得られることを特徴と
    する請求項２１記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記固定フィルタ係数が、前記アレイを模擬雑音環境内に
    配置し、前記フィルタの重みの適応を１つの解に収束させ、次いで前記固定フィ
    ルタ係数を前記収束した適応解の係数に等しい値に設定することにより、決定さ
    れることを特徴とする請求項２１記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記固定フィルタ係数が、雑音環境及び前記雑音環境に対
    する前記アレイの応答をシミュレートし、前記フィルタの重みの模擬適応を１つ
    の解に収束させ、次いで実アレイの固定重みとして用いるために前記収束した適
    応解の係数を格納することにより、決定されることを特徴とする請求項２１記載
    の方法。
  30. 【請求項３０】 前記固定フィルタ係数が、雑音環境をシミュレートし、前
    記環境で発生された模擬雑音を記録し、前記模擬雑音を再生して前記アレイに受
    信させて、前記フィルタの重みの適応を１つの解に収束させ、次いで前記アレイ
    の前記固定フィルタ係数を前記収束した適応解の係数に等しい値に設定すること
    により、決定されることを特徴とする請求項２１記載の方法。
  31. 【請求項３１】 所望の信号及び雑音を含む信号を受信するための方法にお
    いて： センサのアレイを準備する工程； 前記センサの出力を遅延及び加算型形成器に通すことによりビーム形成器出力
    を生成する工程； 前記センサの出力を参照チャネルプロセッサに通すことにより１つまたはそれ
    より多い参照チャネル信号を生成する工程； 各々がフィルタは１つまたはそれより多い係数により定められる少なくとも１
    つのフィルタを用いてそれぞれの参照チャネルをフィルタリングする工程；及び センサアレイ出力信号を生成するために前記フィルタの出力を前記ビーム形成
    器出力と結合する工程； を含み： 前記参照チャネルプロセッサ及び前記フィルタは前記アレイ出力信号の信号対
    雑音比を最大化するように動作し、前記フィルタ係数は前記アレイ出力信号の信
    号対雑音比を最大化するように適応的に決定され、あらかじめ定められたイベン
    トの発生時には前記フィルタ係数の前記適応的決定が停止されて、前記フィルタ
    係数はあらかじめ定められた一組の固定係数に移る； ことを特徴とする方法。
  32. 【請求項３２】 前記センサがマイクロフォンであることを特徴とする請求
    項３１記載の方法。
  33. 【請求項３３】 前記フィルタ係数が周波数ドメイン係数であり、それぞれ
    の前記フィルタについて前記周波数ドメイン係数が前記それぞれのフィルタの周
    波数応答を決定することを特徴とする請求項３１記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記フィルタ係数が時間ドメイン係数であることを特徴と
    する請求項３１記載の方法。
  35. 【請求項３５】 主チャネル遅延線により前記ビーム形成器の前記出力を遅
    延する工程； それぞれの参照チャネル遅延線により前記参照チャネル信号を遅延する工程； 複数のフィルタリングされた遅延線出力を生成するために前記参照チャネル遅
    延線の出力をそれぞれの前記フィルタ係数と畳み込み積分する工程；及び 前記アレイ出力を生成するために前記フィルタリングされた遅延線出力と前記
    主チャネル遅延線の出力とを結合する工程； をさらに含むことを特徴とする請求項３４記載の方法。
  36. 【請求項３６】 それぞれの信号処理器で前記センサの出力を受け取る工程
    ；及び 前記受け取られた出力をサンプリングして、前記受け取られてサンプリングさ
    れた出力を前記遅延及び加算型ビーム形成器並びに前記参照チャネルプロセッサ
    に渡す工程； うさらに含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
  37. 【請求項３７】 前記固定フィルタ係数が、Ｃを雑音共分散行列、ｐを前記
    ビーム形成器の出力と前記参照チャネルの出力との間の相関を表わすベクトル、
    ｗ最適を前記複数のセンサの数に等しい数の元をもつベクトルとする式： 【数４】 を直接かつ非適応的に解くことにより決定され、前記式を“ｎ”個の周波数につ
    いて解けばそれぞれのフィルタに対して“ｎ”個の係数が得られることを特徴と
    する請求項３１記載の方法。
  38. 【請求項３８】 前記固定フィルタ係数が、前記アレイを模擬雑音環境内に
    配置し、前記フィルタの重みの適応を１つの解に収束させ、次いで前記固定フィ
    ルタ係数を前記収束した適応解の係数に等しい値に設定することにより、決定さ
    れることを特徴とする請求項３１記載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記固定フィルタ係数が、雑音環境及び前記雑音環境に対
    する前記アレイの応答をシミュレートし、前記フィルタの重みの模擬適応を１つ
    の解に収束させ、次いで、実アレイの固定重みとして用いるために前記収束した
    適応解の係数を格納することにより、決定されることを特徴とする請求項３１記
    載の方法。
  40. 【請求項４０】 前記固定フィルタ係数が、雑音環境をシミュレートし、前
    記環境で発生された模擬雑音を記録し、前記模擬雑音を再生して前記アレイに受
    信させて、前記フィルタの重みの適応を１つの解に収束させ、次いで前記アレイ
    の前記固定フィルタ係数を前記収束した適応解の係数に等しい値に設定すること
    により、決定されることを特徴とする請求項３１記載の方法。
  41. 【請求項４１】 所望の信号及び雑音を含む信号を受信するためのセンサア
    レイにおいて： 複数のセンサ； それぞれの前記センサの出力をフィルタリングするための、各々が１つまたは
    それより多いフィルタ係数により定められる複数のフィルタ；及び センサアレイ出力信号をつくるために前記フィルタの出力を結合するための手
    段； を備え： 前記フィルタ係数が、Ｃを雑音共分散行列、ｖを前記アレイの視線方向に向か
    う嚮導ベクトル、ｗ最適を前記センサの数に等しい数の元をもつベクトルとする
    式： 【数５】 を解くことにより決定され、前記式を“ｎ”個の周波数について解けば前記複数
    のフィルタのそれぞれに対して“ｎ”個の係数が得られ；及び 前記雑音共分散行列が、雑音源の空間分布を定め；前記空間分布を用いてそれ
    ぞれの前記雑音源に対する遅延ベクトルを定め、ここで前記遅延ベクトルはそれ
    ぞれの前記センサにおける前記雑音源からの波面の相対到着時刻を表わし；前記
    遅延ベクトルに基づいてそれぞれの前記雑音源に対する嚮導ベクトルを定め；前
    記雑音共分散行列に対するそれぞれの前記雑音源の寄与を決定するために前記嚮
    導ベクトルを用い；及びそれぞれの前記雑音源の前記寄与と空間的に分布する白
    色雑音を表わす行列とを加算することにより前記雑音共分散行列を生成すること
    により、決定される； ことを特徴とするセンサアレイ。
  42. 【請求項４２】 前記式が“ｎ”個の周波数について解かれてそれぞれの前
    記フィルタに対して“ｎ”個の係数を与え；前記それぞれのフィルタについて、
    リーメス(Remez)交換演算及び逆フーリエ変換演算からなる群から選ばれる演算
    にしたがってフィルタ設計値を生成するために前記“ｎ”個の係数が用いられる
    ことを特徴とする請求項４１記載のセンサアレイ。
  43. 【請求項４３】 所望の信号及び雑音を含む信号を受信するためのセンサア
    レイにおいて： 複数のセンサ； ビーム形成器出力を生成するために前記センサの出力を結合するための遅延及
    び加算型ビーム形成器； １つまたはそれより多い参照チャネル信号を生成するために前記センサの出力
    を結合するための参照チャネルプロセッサ； それぞれの前記参照チャネルのための、各々が１つまたはそれより多い係数に
    より定められる少なくとも１つのフィルタ；及び センサアレイ出力信号を生成するために前記フィルタの出力を前記ビーム形成
    器出力と結合するための手段； を備え： 前記フィルタ係数が、Ｃを雑音共分散行列、ｐを前記ビーム形成器の出力と前
    記参照チャネルの出力との間の相関を表わすベクトル、ｗ最適を前記センサの数
    に等しい数の元をもつベクトルとする式： 【数６】 を解くことにより決定され、前記式を“ｎ”個の周波数について解けばそれぞれ
    の前記フィルタに対して“ｎ”個の係数が得られる；及び 前記雑音共分散行列が、雑音源の空間分布を定め；前記空間分布を用いてそれ
    ぞれの前記雑音源に対する遅延ベクトルを定め、ここで前記遅延ベクトルはそれ
    ぞれの前記センサにおけるそれぞれの前記雑音源からの波面の相対到着時刻を表
    わし；前記遅延ベクトルに基づいてそれぞれの前記雑音源に対する嚮導ベクトル
    を定め；前記センサで測定される前記雑音共分散行列に対するそれぞれの前記雑
    音源の寄与を決定するために前記嚮導ベクトルを用い；前記参照チャネルを生成
    するために前記フィルタ出力がどのように結合されるかを示すヌル化行列を定め
    ；前記アレイの視線方向に向かうアレイ嚮導ベクトルを決定し；前記センサにお
    けるそれぞれの前記雑音源の前記寄与、前記ヌル化行列及び前記アレイ嚮導ベク
    トルに基づいてそれぞれの前記参照チャネルへのそれぞれの前記雑音源の寄与を
    決定し；及び前記参照チャネルへのそれぞれの前記雑音源の前記寄与と空間的に
    分布する白色雑音を表わす行列とを加算することにより前記雑音共分散行列を生
    成することにより、決定される； ことを特徴とするセンサアレイ。
  44. 【請求項４４】 前記式が“ｎ”個の周波数について解かれてそれぞれの前
    記フィルタに対して“ｎ”個の係数を与え；前記それぞれのフィルタについて、
    リーメス交換演算及び逆フーリエ変換演算からなる群から選ばれる演算にしたが
    ってフィルタ設計値を生成するために前記“ｎ”個の係数が用いられることを特
    徴とする請求項４３記載のセンサアレイ。
  45. 【請求項４５】 所望の信号及び雑音を含む受信信号の処理方法において： センサのアレイを準備する工程； 各々が１つまたはそれより多いフィルタ係数により定められるフィルタにより
    それぞれの前記センサの出力をフィルタリングする工程；及び センサアレイ出力信号をつくるために前記フィルタの出力を結合する工程； を含み： 前記フィルタ係数が、Ｃを雑音共分散行列、ｖを前記アレイの視線方向に向か
    う嚮導ベクトル、ｗ最適を前記センサの数に等しい数の元をもつベクトルとする
    式： 【数７】 を解くことにより決定され、前記式を“ｎ”個の周波数について解けば前記複数
    のフィルタのそれぞれに対して“ｎ”個の係数が得られる；及び 前記雑音共分散行列が、雑音源の空間分布を定め；前記空間分布を用いてそれ
    ぞれの前記雑音源に対する遅延ベクトルを定め、ここで前記遅延ベクトルはそれ
    ぞれの前記センサにおける前記雑音源からの波面の相対到着時刻を表わし；前記
    遅延ベクトルに基づいてそれぞれの前記雑音源に対する嚮導ベクトルを定め；前
    記雑音共分散行列に対するそれぞれの前記雑音源の寄与を決定するために前記嚮
    導ベクトルを用い；及びそれぞれの前記雑音源の前記寄与と空間的に分布する白
    色雑音を表わす行列とを加算することにより前記雑音共分散行列を生成すること
    により、決定される； ことを特徴とする方法。
  46. 【請求項４６】 前記式が“ｎ”個の周波数について解かれてそれぞれの前
    記フィルタに対して“ｎ”個の係数を与え；前記それぞれのフィルタについて、
    リーメス交換演算及び逆フーリエ変換演算からなる群から選ばれる演算にしたが
    ってフィルタ設計値を生成するために前記“ｎ”個の係数が用いられることを特
    徴とする請求項４５記載のセンサアレイ。
  47. 【請求項４７】 所望の信号及び雑音を含む受信信号の処理方法において： センサのアレイを準備する工程； それぞれの前記センサの出力を遅延及び加算型ビーム形成器に通すことにより
    ビーム形成器出力を生成する工程； それぞれの前記センサの出力を参照チャネルプロセッサに通すことにより１つ
    またはそれより多い参照チャネル信号を生成する工程； 各々が１つまたはそれより多い係数により定められる少なくとも１つのフィル
    タを用いてそれぞれの前記参照チャネルをフィルタリングする工程；及び センサアレイ出力信号を生成するために前記フィルタの出力を前記ビーム形成
    器出力と結合する工程； を含み： 前記フィルタ係数が、Ｃを雑音共分散行列、ｐを前記ビーム形成器の出力と前
    記参照チャネルの出力との間の相関を表わすベクトル、ｗ最適を前記センサの数
    に等しい数の元をもつベクトルとする式： 【数８】 を解くことにより決定され、前記式を“ｎ”個の周波数について解けばそれぞれ
    の前記フィルタに対して“ｎ”個の係数が得られる；及び 前記雑音共分散行列が、雑音源の空間分布を定め；前記空間分布を用いてそれ
    ぞれの前記雑音源に対する遅延ベクトルを定め、ここで前記遅延ベクトルはそれ
    ぞれの前記センサにおける前記雑音源からの波面の相対到着時刻を表わし；前記
    遅延ベクトルに基づいてそれぞれの前記雑音源に対する嚮導ベクトルを定め；前
    記複数のセンサで測定される前記雑音共分散行列に対するそれぞれの前記雑音源
    の寄与を決定するために前記嚮導ベクトルを用い；前記参照チャネルを生成する
    ために前記フィルタの前記出力がどのように結合されるかを示すヌル化行列を定
    め；前記アレイの視線方向に向かうアレイ嚮導ベクトルを決定し；前記センサに
    おけるそれぞれの前記雑音源の前記寄与、前記ヌル化行列及び前記アレイ嚮導ベ
    クトルに基づいてそれぞれの前記参照チャネルへのそれぞれの前記雑音源の寄与
    を決定し；及び前記参照チャネルへのそれぞれの前記雑音源の前記寄与と空間的
    に分布する白色雑音を表わす行列とを加算することにより前記雑音共分散行列を
    生成することにより、決定される； ことを特徴とする方法。
  48. 【請求項４８】 前記式が“ｎ”個の周波数について解かれてそれぞれの前
    記フィルタに対して“ｎ”個の係数を与え；前記それぞれのフィルタについて、
    リーメス交換演算及び逆フーリエ変換演算からなる群から選ばれる演算にしたが
    ってフィルタ設計値を生成するために前記“ｎ”個の係数が用いられることを特
    徴とする請求項４７記載のセンサアレイ。
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