JPWO2007123047A1 - 適応アレイ制御装置、方法、プログラム、及びこれを利用した適応アレイ処理装置、方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】アレイ状センサ群からの複数の信号を入力しその周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくく且つ正確な係数更新制御を行うことによって強調された目標信号を出力し得るようにした適応アレイ処理装置、方法、及びそのプログラムを提供すること。【解決手段】目標信号の特性を分析する分析部９０３と、分析結果に応じて目標信号パワー推定値を補正する補正部９０５とを備えた利得制御部９００を備え、複数の異なった間隔のセンサから信号を受けて処理するブロッキング行列３１０，３２０を備えていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、到来する音声等の信号を複数のマイクロホン等のアレイセンサを用いて空間選択的に受信する適応アレイの信号処理に関するもので、特に、適応アレイ制御装置、方法、プログラム、及びこれを利用した適応アレイ処理装置、方法、プログラムに関する。

従来より、音声信号取得や、ソーナー、無線通信などの分野においては、適応マイクロフォンアレイによる音声強調装置や、適応アンテナアレイによる無線送受信装置などが知られている。
これらの装置は、複数の信号源の中から特定の信号だけを強調して受信することが可能であり、適応アレイ技術の応用である。センサとしては、マイクロフォン、超音波センサ、ソーナー受音器、電波アンテナなどを用いることができる。ここでは、センサとしてマイクロフォンを用いた場合について説明する。

以下、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。
マイクロフォンアレイは、複数のマイクロフォンに入力された信号をフィルタリングした後、加算することによって空間フィルタを形成する。この空間フィルタにより、事前に規定した方向から到来した信号、スイッチ目標信号だけを強調し、目標以外の信号を減衰させる。

適応マイクロフォンアレイは、空間フィルタ特性を適応的に変化させる機能を有したマイクロフォンアレイである。
適応マイクロフォンアレイの構成として、非特許文献１に開示されている「一般化サイドローブキャンセラ」、非特許文献２に開示されている構成、非特許文献３に開示されている構成、非特許文献４に開示されている「フロスト・ビームフォーマ」、非特許文献５に開示されている構成などが知られている。

ここで、非特許文献１に開示されている基本的な適応アレイ処理装置である一般化サイドローブキャンセラは、固定ビームフォーマ、ブロッキング行列、多入力キャンセラから構成される。
ブロッキング行列には、適応フィルタを含む適応ブロッキング行列も使用される。固定ビームフォーマは、複数のセンサ信号を処理して目標信号を強調する。このブロッキング行列は、前記複数のセンサ信号に含まれる目標信号を抑圧し、妨害信号を相対的に強調する。

適応ブロッキング行列は、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。この適応ブロッキング行列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の出力を用いて適応ブロッキング行列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。

固定ビームフォーマとしては、複数のセンサ信号をそれぞれ遅延して加算するディレイアンドサムビームフォーマや、フィルタリングして加算するフイルタアンドサムビームフォーマを用いることが可能である。これらの固定ビームフォーマについては、非特許文献６に詳細に説明されている。

上記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、更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って減衰する。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。

適応ブロッキング行列および多入力キャンセラは、複数の適応フィルタを含む。これらの適応フィルタとして、ＦＩＲフィルタ、ＩＩＲフィルタ、及びラティスフィルタなどの構造を用いることが可能である。又、これらの適応フィルタにおける係数更新アルゴリズムとして、ＮＬＭＳアルゴリズム（学習同定法又は正規化ＬＭＳアルゴリズム）、ＲＬＳアルゴリズム（逐次最小自乗法）、射影アルゴリズム、勾配法、ＬＳアルゴリズム（最小自乗法）、ブロック適応アルゴリズム、変換領域の適応アルゴリズムなどを用いることができる。

更に、係数更新に際して、新たに計算される係数値に制約を課するタップ係数拘束適応アルゴリズムや、リーク適応アルゴリズム、更には係数値ノルムに拘束を課するタップノルム拘束適応アルゴリズム、などを用いることが可能である。これらの制約付係数更新アルゴリズムについては、非特許文献７に詳しい。

適応ブロッキング行列の係数更新では強調された妨害信号が、多入力キャンセラの係数更新では強調された目標信号が、係数更新には不要な信号となり、係数更新を妨害する。このため、いずれの場合も、適応フィルタ係数が乱れ、アレイ処理装置の出力信号に不快な息づき雑音が生じる。

これを防ぐためには、係数更新ステップサイズを小さく設定する必要がある。しかし、小さなステップサイズは、適応ブロッキング行列の特性が目標信号の移動に追従する速度を鈍らせ、最終出力である適応アレイ装置出力の品質が劣化する。
この問題を解決するために、適応モード制御装置が非特許文献８および非特許文献９に開示されている。

ここで、非特許文献８に開示された方法では、隣接するセンサから得られる信号間の相関を利用して、前記妨害信号の存在を検出する。妨害信号が検出されたときに係数更新を停止することによって、良好な適応アレイ装置の出力を得ることができる。
この方法では、ヒアリングエイドを応用として開発されているためにマイク間隔が広く、空間折返しを避けるために信号帯域が６００〔Ｈｚ〕から１２００〔Ｈｚ〕程度に制限されている。
通常の音声信号を利用する応用では、時として音声パワーがこの周波数範囲外にも存在するために、妨害信号の存在を正確に検出することができない。また、固定ブロッキング行列を想定して多入力キャンセラだけの係数更新を制御する構成となっており、適応ブロッキング行列にそのまま適用することはできない。

又、非特許文献９に開示された方法では、目標信号対妨害信号のパワー比(SIR) を用いて、妨害信号の存在を検出する。目標信号のパワー推定は、固定ビームフォーマ出力を用いて行う。妨害信号のパワー推定は、適応ブロッキング行列の出力を用いて行う。これらの推定値の比（即ち、ＳＩＲの推定値）を閾値と比較する。

閾値よりＳＩＲ（目標信号対妨害信号のパワー比）が大きいときは、入力信号において目標信号が支配的であり、妨害信号の影響が少ないので適応ブロッキング行列で係数更新を行う。反対に、多入力キャンセラの係数更新に目標信号が妨害を与えるので、多入力キャンセラの係数更新は停止する。
閾値よりＳＩＲが小さいときは、適応ブロッキング行列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。

しかしながら、この方法では、適応ブロッキング行列に含まれる適応フィルタ係数が収束するまでは、適応ブロッキング行列が十分な性能を発揮せず、妨害信号パワー推定が不正確になる。このため、特に動作初期に、適応ブロッキング行列と多入力キャンセラの係数更新制御を誤り易くなり、アレイ処理装置出力音声の劣化を引き起こす。

この問題を解決するために、専用の固定ブロッキング行列を有する適応モード制御手段が非特許文献１０に開示されている。
この非特許文献１０に開示された方法では、妨害信号のパワー推定を、専用の固定ブロッキング行列を用いて行う。このため、適応ブロッキング行列に含まれる適応フィルタ係数の収束とは無関係に所望の性能が得られ、正確な妨害信号パワー推定が可能となる。

次に、図１１に、他の従来例における適応モード処理装置を示す。
この図１１に示す他の従来例（適応モード処理装置）は、前述した非特許文献９に開示されている適応アレイ処理装置に、非特許文献１０に開示された適応モード制御手段を組み合わせて構成されたものである。
この内、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を備えた構成となっている。又、適応モード制御手段は、ブロッキング行列３１０、ＳＩＲ推定部７００、及び比較部８００等を備えた構成となっている。

適応アレイ処理装置の固定ビームフォーマ２００は、Ｍ個のセンサ100_０〜100_Ｍ−１から得られた信号を処理して目標信号を強調する。
適応ブロッキング行列回路３００は、前記複数のセンサ信号に含まれる目標信号を抑圧し、妨害信号を相対的に強調する。これは、前述した固定ビームフォーマ２００の出力を参照信号として、複数の適応フィルタによって擬似目標信号を生成し、これらをＭ個のセンサ100_０〜100_Ｍ−１から得られた信号から減算することによって達成される。この場合、前述した適応フィルタの係数は、固定ビームフォーマ２００の出力と適応ブロッキング行列回路３００の出力を用いて、適応ブロッキング行列３００の出力が最小化されるように更新される。

遅延素子４００は、固定ビームフォーマ２００の出力をＬサンプル遅延させて、多入力キャンセラ５００に供給する。Ｌの値は、遅延素子４００の出力における目標信号成分と適応ブロッキング行列回路３００の出力における目標信号成分の位相が揃うように設定する。例えば、固定ビームフォーマ２００の群遅延時間と、適応ブロッキング行列３００のタップ数の４分の１から２分の１程度に相当する時間の和に設定すればよい。

多入力キャンセラ５００は、固定ビームフォーマ２００の出力信号を遅延した信号と適応ブロッキング行列回路３００の出力信号を受けて処理することによって、妨害信号を抑圧し、目標信号を相対的にさらに強調する。この多入力キャンセラ５００は、適応ブロッキング行列回路３００から強調された妨害信号を参照信号として受け、これと相関のある信号として、適応フィルタによって擬似妨害信号を生成する。生成した擬似妨害信号を、遅延素子４００の出力である強調された目標信号から差し引く。この出力は、出力端子６００に伝達される。
多入力キャンセラ５００の適応フィルタ係数は、適応ブロッキング行列３００の出力と出力端子６００に伝達される出力信号を用いて、該出力信号が最小化されるように更新される。

適応ブロッキング行列回路３００の係数更新で用いる適応ブロッキング行列回路３００の出力は、妨害信号と抑圧された目標信号を含む。しかし、適応ブロッキング行列回路３００が影響を与えることができるのは目標信号成分だけであり、妨害信号はそのまま出力される。即ち、適応ブロッキング行列３００が最小化することができるのは目標信号成分だけであり、出力に含まれる妨害信号成分は、係数更新に対して妨害を与える。

この妨害によって、適応ブロッキング行列回路３００に含まれる適応フィルタ係数が乱れ、多入力キャンセラ５００に伝達される信号が不安定となる。その結果、多入力キャンセラ５００の出力、即ち、適応アレイ装置全体の出力が乱れ、不快な息づき雑音が生じる。
これを防ぐために、前記複数のセンサ信号を用いてＳＩＲを推定し、この推定値を用いて適応ブロッキング行列回路３００の係数更新を制御する。

同様に、多入力キャンセラ５００の係数更新では強調された目標信号が、係数更新には不要な信号となり、係数更新を妨害する。妨害によって多入力キャンセラ５００に含まれる適応フィルタ係数が乱れ、適応アレイ装置出力において不快な息づき雑音が生じる。このため、適応ブロッキング行列回路３００と同様に、前記複数のセンサ信号のＳＩＲを推定し、この推定値を用いて多入力キャンセラ５００の係数更新を制御する。

ＳＩＲ推定部７００は、ブロッキング行列回路３１０の出力と固定ビームフォーマ２００の出力を用いて、ＳＩＲ推定を行う。
目標信号のパワー推定は、固定ビームフォーマ２００の出力を用いて行われる。妨害信号のパワー推定は、固定ブロッキング行列回路３１０の出力を用いて行われる。これら二つの推定パワー情報は前述したＳＩＲ推定部７００に供給され、その比が算定されてＳＩＲ推定値となる。

このＳＩＲ推定部７００で算定されたＳＩＲ推定値は、ＳＩＲ推定部７００から比較部８００に伝達される。比較部８００では、ＳＩＲ推定値を閾値と比較する。
そして、閾値よりＳＩＲ推定値が大きいときは、入力信号において目標信号が支配的であり、妨害信号の影響が少ないので適応ブロッキング行列で係数更新を行う制御信号を発生し、適応ブロッキング行列回路３００に供給する。反対に、多入力キャンセラ５００の係数更新に際しては、目標信号が妨害を与えるので、多入力キャンセラ５００の係数更新を停止する制御信号を発生し、当該多入力キャンセラ５００に供給する。
閾値よりＳＩＲ推定値が小さいときは、適応ブロッキング行列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３００と多入力キャンセラ５００に供給する。

図１２にブロッキング行列回路３１０の構成例を示す。ｉ番目のセンサ信号Ｘ_ｉ(k)と（ｉ＋１）番目のセンサ信号Ｘ_ｉ＋１(k)の差分を求めるための減算器３１１から構成される。
ここで、ｋは時刻を表す指標、ｉは０からＭ−２の範囲の整数である。ブロッキング行列３１０の出力信号Ｚ(k)は、Ｘ_ｉ(k)−Ｘ_ｉ＋１(k)となる。正面から到来する目標信号に対して、Ｘ_ｉ(k)とＸ_ｉ＋１(k)は等しいので、Ｚ(k)＝０となる。それ以外の方向から到来する妨害信号に対しては、Ｚ（k)はゼロとならない。このため、ブロッキング行列３１０は、目標信号を抑圧する効果を有する。

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上記従来例にあっては、空間折り返しにかかる歪を避けるために、前述したアレイ状に配設されたセンサの間隔には波長と音速から定まる上限が設定されている。また、現実的には、センサの個数Ｍの値にも上限がある。このため、目標信号のパワー推定を行う固定ビームフォーマの周波数特性が平坦ではなく、又、方向に基づく選択度も十分でない。
同様に、妨害信号のパワー推定を行う固定ブロッキング行列の周波数特性が平坦ではなく、方向に基づく選択度も十分でない。

このため、図１１を含む従来の技術では、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向によっては、これら各信号のパワー推定に誤りが生じ易く、同時にこれによって推定されたパワーに基づいて不適切な係数更新制御等が成されると、装置全体が性能劣化を引き起こす、という不都合が生じていた。
（発明の目的）

本発明は、目標信号の周波数特性や到来方向の影響を受けにくく、正確な係数更新制御を行うことを可能とし、且つこれによって入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい高品質なアレイ処理出力を得ることができる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、プログラムを提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかる適応アレイ制御装置では、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調処理されて成る第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める分析部と、この得られた信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する補正部と、前記第１の補正アレイ処理信号に基づいて目標信号に対する妨害信号の比(SIR) を推定するＳＩＲ推定部とを備え、このＳＩＲ推定値を用いて所定の適応アレイ処理部におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する演算制御部を具備したことを特徴とする。

このようにすると、目標信号の特性に応じて適応的に目標信号の各パワーの推定値を補正するので、平坦度の高い周波数及び空間選択特性を実現することができ、目標信号の各パワーを正確に推定することができる。
このため、これを適応アレイ処理装置に組み込むことにより、当該装置の係数更新制御を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい高品質なアレイ処理を出力制御することができる。

ここで、前述した目標信号を他の信号に対して減衰させて第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成部を装備すると共に、前記ＳＩＲ推定部を、前記第２のアレイ処理信号生成部で生成された第２のアレイ処理信号と前記第１の補正アレイ処理信号とに基づいて前記目標信号対妨害信号の比(SIR) を推定し特定する構成とする。そして、前述した演算制御部が、適応アレイ処理部における適応アレイ処理に際して必要とするパラメータ調整の速度と精度とを前記ＳＩＲ推定値を用いて制御する適応アレイ処理制御機能を備えた構成としてもよい。

このようにすると、目標信号の特性に応じて適応的に目標信号および妨害信号の各パワーの推定値を補正するので、平坦度の高い周波数及び空間選択特性を実現することができ、目標信号および妨害信号の各パワーを正確に推定することができ、このため、適正アレイ処理装置の係数更新制御を適切に行うことが可能となる。

又、本発明にかかる適応アレイ制御装置では、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調処理されて成る第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める分析部と、この得られた信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する補正部と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成部と、前記第１の補正アレイ処理信号と前記第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める計算部と、この計算部で得られる大小関係を用いて所定の適応アレイ処理部におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する演算制御部を具備したことを特徴とする。
このようにしても前述した適応アレイ制御装置と同等に機能する適応アレイ制御装置を得ることができる。

ここで、前述した第２のアレイ処理信号生成部は、前記入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定すると共にそのセンサ対の出力差分を算定してこれを出力するセンサ対差分情報出力機能を備えた構成としてもよい。。
又、この第２のアレイ処理信号生成部については、前記各出力差分をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタとこのフィルタ出力を加算する加算器とを具備すると共に、前記加算器における加算結果を外部出力する加算結果出力機能を備えた構成としてもよい。

更に、本発明にかかる適応アレイ制御方法では、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調処理されて成る第１のアレイ処理信号を分析してその信号特性を求める信号特性分析工程と、この得られた信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理信号補正工程と、この前記第１の補正アレイ処理信号に基づいて目標信号対妨害信号の比(SIR) を推定するＳＩＲ推定工程と、このＳＩＲ推定工程で推定されたＳＩＲ推定値を用いて所定の適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを最適な状態に設定制御する適応アレイ処理制御工程と、を備えたことを特徴とする。

このため、本発明によると、目標信号の特性に応じて適応的に目標信号の各パワーの推定値を補正するので、平坦度の高い周波数及び空間選択特性を実現することができ、目標信号の各パワーを正確に推定することができる。このため、これを適応アレイ処理方法に組み込むことにより、係数更新制御等を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい高品質なアレイ処理を出力制御することができる。

ここで、前記第１のアレイ処理信号補正工程とＳＩＲ推定工程との間に、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第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を設定し、前記ＳＩＲ推定工程を、前記第２のアレイ処理信号と前記第１の補正アレイ処理信号とに基づいて前記目標信号対妨害信号の比(SIR)を推定するＳＩＲ推定工程、としてもよい。

又、本発明にかかる適応アレイ制御方法では、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調処理されて成る第１のアレイ処理信号を分析しその信号特性を求める信号特性分析工程と、この得られた信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理信号補正工程と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第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、前記補正された第１の補正アレイ処理信号と前記生成された第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める大小関係特定工程と、この特定された相対的な大小関係に基づいて、所定の適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを最適な状態に設定制御する適応アレイ処理制御工程と、を備えた構成としてもよい。
このようにしても、前述した適応アレイ制御方法と同等に機能する適応アレイ制御方法を得ることができる。

ここで、前述した第２のアレイ処理信号生成工程の内容を、入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定し、そのセンサ対の出力差分を用いて第２のアレイ処理信号を生成するように構成してもよい。

又、前述した第２のアレイ処理信号生成工程については、その内容を、前記各出力差分をフィルタ処理してそれぞれの差分に対応した複数のフィルタ処理結果を特定すると共に、この特定された複数のフィルタ処理結果の和を用いて前記第２のアレイ処理信号を生成するように構成してもよい。

更に、本発明にかかる適応アレイ制御プログラムでは、アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調処理されて成る第１のアレイ処理信号を分析しその信号特性を求める信号特性分析機能と、この生成された信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正して第１の補正アレイ処理信号を求める第１のアレイ処理信号補正機能と、異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対の出力差分を求める出力差分算定機能と、この算定された出力差分を用いて前記目標信号が他の信号に対して減衰した第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機能と、前記補正された第１の補正アレイ処理信号と前記生成された第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める大小関係特定機能と、この特定された相対的な大小関係に基づいて前記第１のアレイ処理信号の適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを最適な状態に設定制御する適応アレイ処理制御機能と、をコンピュータに実行させるように構成したことを特徴とする。
このようにしても、前述した適応アレイ制御装置の実行内容と同等に機能する適応アレイ制御プログラムを得ることができる。

又、本発明にかかる適応アレイ処理装置では、アレイ状センサ群から送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号を他の信号に対して強調するように処理し、これによって第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成部と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成部と、この第２のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去する相関除去部と、前記第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める分析部と、この分析部で得られた信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する補正部と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理信号生成部と、この生成された第３のアレイ処理信号と前記第１の補正アレイ処理信号の相対的な大小関係を求める計算部と、前記第１のアレイ処理信号を適応アレイ処理し前記妨害信号の影響を排除して当該第１のアレイ処理信号を強調出力する適応アレイ処理部とを備えている。

更に、この適応アレイ処理装置では、前記計算部から出力される大小関係を用いて前記適応アレイ処理部の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ための制御信号を発生する演算制御部を装備すると共に、この演算制御部から出力される制御信号を用いて少なくとも前記第１のアレイ処理信号生成部と前記第２のアレイ処理信号生成部と前記相関除去部の少なくとも何れか一つの動作を制御することを特徴とする。

このため、本発明によると、目標信号の特性に応じて適応的に目標信号の各パワーの推定値を補正するので、平坦度の高い周波数及び空間選択特性を実現することができ、目標信号の各パワーを正確に推定することができる。このため、適応アレイ処理方法に組み込むことにより、当該処理方法での係数更新制御を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい高品質なアレイ処理出力を得ることができる。

ここで、上述した第２のアレイ処理信号生成部については、前記入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定すると共にそのセンサ対の出力差分を算定してこれを出力するセンサ対差分出力機能を備えた構成としてもよい。
又、この第２のアレイ処理信号生成部については、前述した各出力差分をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタと当該フィルタ出力を加算する加算器とを具備すると共に、前記加算器における加算結果を外部出力する加算結果出力機能を備えた構成としてもよい。

更に、本発明にかかる適応アレイ処理方法では、アレイ状センサ群から送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号を他の信号に対して強調するように処理し、これによって第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成工程と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第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、生成された前記第２のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去して出力する際に当該第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める信号特性生成工程と、この生成された信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正して第１の補正アレイ処理信号を求める第１のアレイ処理信号補正工程と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理信号生成工程と、前記補正された第１の補正アレイ処理信号と前記生成された第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める大小関係特定工程と、この特定された相対的な大小関係に基づいて前記第１のアレイ処理信号に対する適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを制御する適応アレイ処理制御工程と、を備えたことを特徴とする。

このため、これによると、前述した適応アレイ制御方法の場合と同様に、目標信号の特性に応じて適応的に目標信号の各パワーの推定値を補正するので、平坦度の高い周波数及び空間選択特性を実現することができ、目標信号の各パワーを正確に推定することができ、これがため、係数更新制御等を迅速に且つ適切に行うことが可能となり、従って、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい高品質なアレイ処理出力を得ることができる。

ここで、上述した第３のアレイ処理信号生成工程の実行内容を、入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定し、そのセンサ対の出力差分を用いて、第３のアレイ処理信号を生成するように構成してもよい（請求項１６）。
又、前述した第３のアレイ処理信号生成工程の実行内容を、前記各出力差分をフィルタ処理してそれぞれの差分に対応した複数のフィルタ処理結果を特定すると共に、この特定された複数のフィルタ処理結果の和を用いて前記第３のアレイ処理信号を生成するように構成してもよい。

更に、本発明にかかる適応アレイ処理プログラムでは、アレイ状センサ群から送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号を他の信号に対して強調するように処理し、これによって第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成機能と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成機能と、この第２のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去して出力する相関成分消去機能と、相関成分が消去された前記前記第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める信号特性を求める信号特性生成機能と、この生成された信号特性に応じて元の前記第１のアレイ処理信号を補正して第１の補正アレイ処理信号を求める第１のアレイ処理信号補正機能と、前記入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定し、そのセンサ対の出力差分を算定する出力差分算定機能と、この出力差分を用いて目標信号が他の信号に対して減衰した第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成機能と、前記補正された第１の補正アレイ処理信号と前記生成された第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める大小関係特定機能と、この特定された相対的な大小関係を用いて、前記第１のアレイ処理信号に対する適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを最適な状態に設定制御する適応アレイ処理制御機能と、をコンピュータに実行させるように構成したことを特徴とする。
このようにしても、前述した適応アレイ処理装置又は適応アレイ処理方法の各実行内容とほぼ同等に機能する適応アレイ処理プログラムを得ることができる。

本発明によると、目標信号の特性に応じて適応的に目標信号パワーの推定値を補正し、優れた周波数及び空間選択性を保って妨害信号パワーを推定するので、平坦度の高い周波数及び空間選択特性を実現することができ、目標信号（又は目標信号および妨害信号）の各パワーを正確に推定することができ、このため、処理装置の係数更新制御を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい高品質なアレイ処理出力を得ることができるという従来にない優れた適応アレイ制御装置、方法、プログラム、及びこれを利用した適応アレイ処理装置、方法、プログラムを提供することができる。

以下、本発明にかかる適応アレイ制御装置およびこれを利用した適応アレイ処理装置の実施形態を、図面に基づいて説明する。

〔第１の実施形態〕
図１乃至図９に、本発明にかかる適応アレイ処理装置の第１の実施形態を示す。
まず、図１において、この第１の実施形態における適応アレイ処理装置は、アレイ状のＭ個のセンサ群100_０〜100_Ｍ−１から送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号を他の信号に対して強調するように処理すると共にこれによって第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成部としての固定ビームフォーマ２００と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成部としての適応ブロッキング行列回路３００とを備えている。

更に、この適応アレイ処理装置は、ブロッキング行列回路３１０と、強調された目標信号を出力する適応アレイ処理部としての多極の入力キャンセラ５００と、演算制御部としての比較部８００と、前記第１のアレイ処理信号を遅延させて当該多極の入力キャンセラ５００に送り込む遅延素子４００と、利得制御部９００と、前記第１の補正アレイ処理信号に基づいて目標信号に対する妨害信号の比(SIR) を推定するＳＩＲ推定部７００とを備えている。

上記演算制御部としての比較部８００は、前述した多極の入力キャンセラ５００および前述した適応ブロッキング行列回路３００の動作を制御すると共に特に当該多極の入力キャンセラ（適用アレイ処理部）５００からは高品質のアレイ処理出力を成し得るように調整パラメータの係数更新等を制御する係数更新制御機能を備えている。

ここで、上記ブロッキング行列回路３１０と、ＳＩＲ推定部７００と、利得制御部９００と、演算制御部（比較部）８００とにより、適応モード制御手段（適応アレイ制御装置）１２００が構成されている。

この適応モード制御手段（適応アレイ制御装置）１２００にあって、前述したブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３１０については、後述する図４以下に示すように、前述したアレイ状のＭ個のセンサ群100_０〜100_Ｍ−１からから送り込まれる複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定すると共に、そのセンサ対の出力差分を算定してこれを出力するセンサ対差分出力機能を備えた多重のブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３２０で構成してもよい。

この場合、この図４に示すブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３２０は、前述した各出力差分をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタと、このフィルタ出力を加算する加算器とを具備すると共に、前記加算器における加算結果を外部出力する加算結果出力機能を備えている。具体的には後述する。

前述した利得制御部９００は、図２に示すように、前述した第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める分析部９０３と、この分析部９０３で得られた信号特性に応じて前述した第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する補正部としてのスペクトル修正部９０５とを備えている。そして、前述したＳＩＲ推定部７００は、この利得制御部９００から出力される第１の補正アレイ処理信号と前述した第２のアレイ処理信号とに基づいて、目標信号に対する妨害信号の比(SIR) を推定するように構成されている。
なお、このＳＩＲの推定については、第１の補正アレイ処理信号に代えて第１のアレイ処理信号を使用するように構成してもよい。

更に、この適応アレイ処理装置は、前述したＳＩＲ推定部７００で推定される推定値に対応して前記第１のアレイ処理信号を適応アレイ処理し前記妨害信号の影響を排除して当該第１のアレイ処理信号を強調出力する多入力キャンセラ（適用アレイ処理部，相関除去部）５００と、この多入力キャンセラ５００の前記適応アレイ処理にかかる動作を前記ＳＩＲ推定部７００からの制御情報に基づいて最適な状態に設定制御する演算制御部としての比較部８００とを備えている。

上述した多入力キャンセラ５００は、前述した第２のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去して当該第１のアレイ処理信号を強調出力する相関除去部としての機能をも備えて構成されている。
又、上記ＳＩＲ推定部７００については、前記ブロッキング行列（第２のアレイ処理信号生成部）３２０で生成された第２のアレイ処理信号と前記第１の補正アレイ処理信号とに基づいて前記目標信号対妨害信号の比(SIR) を推定し特定する構成としてもよい。
ここで、上記ＳＩＲ推定部７００については、前述した第１の補正アレイ処理信号と第２のアレイ処理信号との相対的な大小関係を求める計算部（図示せず）で置き換えてもよい。

更に、前述した演算制御部８００は、前述した第１の補正アレイ処理信号と第２のアレイ処理信号との相対的な大小関係の情報に基づ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とを制御するための制御信号を生成する制御信号生成機能を有すると共に、当該制御信号を用いて前述した固定ビームフォーマ（第１のアレイ処理信号生成部）２００とブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３１０と適応ブロッキング行列回路３００と多入力キャンセラ（相関除去部）５００の、少なくとも何れか一つを動作制御し、目標信号又は妨害信号を鮮明に強調出力させる機能（適応アレイ処理制御機能）を備えている。

前述した利得制御部９００は、更に、目標信号の特性に応じて適応的に目標信号パワーの推定値を補正する機能を備えている。このため、特定の周波数成分を適応的に強調して平坦度の高い周波数及び空間選択特性を実現することができ、これにより、目標信号パワーを正確に推定することが可能となる。
この正確に推定された目標信号パワーは、ＳＩＲ推定部７００に伝達され、ＳＩＲ計算に用いられる。このようにして得られた高精度のＳＩＲ推定値に基づいて、係数更新ステップサイズや忘却係数などの適応フィルタの追従性と演算精度を決定するパラメータを制御することで、適応アレイ処理装置の係数更新を適切に制御することが可能となる。
その結果、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理出力を得ることができる。

〔利得制御部９００の一構成例〕
ここで、前述した利得制御部９００を、更に詳細に説明する。
図２において、利得制御部９００は、記憶部９０１、フーリエ変換部９０２、分析部９０３、利得計算部９０４、スペクトル修正部９０５、逆フーリエ変換部９０６、および記憶部９０７により構成されている。そして、図１において、前述した固定ビームフォーマ２００の出力は、利得制御部９００の記憶部９０１に供給されフレーム化される。フレーム化された信号はフーリエ変換部９０２に伝達されフーリエ変換される。フーリエ変換結果は、分析部９０３とスペクトル修正部９０５に供給される。

分析部９０３は、フーリエ変換結果を用いて入力信号を分析し、特定の性質を有する入力信号を検出する。入力信号の性質に関する情報と検出結果は利得計算部９０４に伝達される。入力信号の性質に関する情報として代表的なものはスペクトルであるが、スペクトルに代わる特徴量、例えばケプストラムやこれらを間引いた情報なども利用することができる。

利得計算部９０４は、入力信号に対応した補正利得を求め、スペクトル修正部９０５に供給する。特定の性質の一例としては摩擦音があげられる。摩擦音の周波数スペクトルは、より高域までパワーを有し、非摩擦音と比較して平坦であることが知られている。
これらの事実を用いれば、高域におけるパワーの値とスペクトルの平坦度に応じて、適切な補正利得を求めることができる。具体的には、高域パワーとスペクトル平坦度を基準値と比較して、その大小関係に応じた値を補正利得とすることができる。さらに単純な例では、高域パワーとスペクトル平坦度が予め定めた閾値よりも大きい場合に、補正利得を１でない値に設定し、それ以外の場合は１に設定することもできる。補正利得の値は、各周波数成分に対して共通でもよいし、異なっていてもよい。

スペクトル修正部９０５は、利得計算部９０４から供給された一つ以上の補正利得を用いて、フーリエ変換部９０２から供給されたフーリエ変換結果を補正することによって、スペクトルを修正する。具体的には、フーリエ変換結果の振幅またはパワーを補正利得で補正し、その結果を逆フーリエ変換部９０６に供給する。位相情報は、修正せずにそのまま逆フーリエ変換部９０６に供給する。逆フーリエ変換部９０６はスペクトル修正部９０５から供給されたデータを逆フーリエ変換し、その結果を記憶部９０７に伝達する。記憶部９０７は、記憶しているデータを１サンプルずつ出力することで、信号サンプルの逆フレーム化を行う。

尚、前述したフーリエ変換部９０２及び逆フーリエ変換部９０６は、対をなす別の変換（逆変換処理）に置き換えてもよい。このような変換の例として、コサイン変換、ＭＤＣＴとしても知られる修正離散コサイン変換、アダマール変換、ハール変換、ウェーブレット変換などがある。更に、これらの変換処理に先立って、また逆変換処理に続いて、窓関数を用いた窓がけ処理を行うことによって、特に高域成分の正確性を改善するようにしてもよい。

〔利得制御部９００の他の例〕
上述した利得制御部９００の他の構成例を図３に示す。この図３に示す利得制御部９００は、帯域分割フィルタバンク９１１、分析部９１２、利得計算部９１３、スペクトル修正部９１４、および帯域合成フィルタバンク９１５により構成されている。

そして、前述した固定ビームフォーマ２００の出力は、帯域分割フィルタバンク９１１に供給され、複数の周波数帯域に分割される。各周波数帯域の信号は、分析部９１２とスペクトル修正部９１４に供給される。分析部９１２と利得計算部９１３の動作は、分析部９０３と利得計算部９０４と同等である。スペクトル修正部９１４は、利得計算部０１３から供給された一つ以上の補正利得を用いて、各周波数帯域信号のレベルを補正し、その結果を帯域合成フィルタバンク９１５に伝達する。

帯域合成フィルタバンク９１５は、スペクトル修正部９１４から供給されたデータを合成して全帯域信号に変換し、その結果を出力する。前述した図２に示す構成例と異なり、記憶回路に信号サンプルを蓄積することなく逐次処理によって同等の処理が可能である。このため、利得制御に付随する遅延を少なくすることができ、変動する系に対する追従特性が向上する。

ここで、帯域分割フィルタバンク９１１及び帯域合成フィルタバンク９１５の各周波数帯域は、等間隔であってもよいし、不等間隔であってもよい。この場合、不等間隔に帯域分割することによって、低域では狭帯域に分割して時間分解能を低く、高域では広い帯域に分割して時間分解能を高くすることができる。不等分割の代表例には、低域に向かって帯域が逐次半分になるオクターブ分割や人間の聴覚特性に対応した臨界帯域分割などがある。不等分割は、特に音声信号と整合性が高いことが知られている。
尚、帯域分割フィルタバンク及び帯域合成フィルタバンクの詳細、更にはそれらの設計法については、下記文献に開示されている。
「1993年、「マルチレートシステムズ・アンド・フィルタバンクス」、プレンティス・ホール (MULTIRATE SYSTEMS AND FILTER BANKS, PRENTICE-HALL, 1993.）」

次に、適応モード制御手段（適応アレイ制御装置）１２００の一部を成す前述した多重ブロッキング行列回路３２０について詳述する。

〔多重ブロッキング行列回路３２０について：第１の例〕
まず、図４に、この多重ブロッキング行列回路３２０を装備した場合を示す。又、この多重ブロッキング行列回路３２０の一構成例を図５に示す。
この図５に示すように、多重ブロッキング行列回路３２０は、減算器321_０〜321_Ｍ−１と加算器３２２とから構成されている。減算器ｉは、１番目のセンサ信号Ｘ_０(k)とｉ番目のセンサ信号Ｘ_ｉ(k)の差分Ｚ_ｉ(k)＝Ｘ_０(k)−Ｘ_ｉ(k)を求めて、加算器３２２に伝達する。ここに、記号ｉは０からＭ−２の範囲の整数である。加算器３２２は、これらＭ−１個の入力信号をすべて加算して、加算結果をＺ(ｋ)として出力する。

前述した従来例のブロッキング行列回路３１０（図１１参照）で説明したように、正面から到来する目標信号に対して、各差分Ｚ_ｉ(k)＝０となる。それ以外の方向から到来する妨害信号に対しては、Ｚ_ｉ(k)はゼロとならない。即ち、すべての差分は、それぞれ単独でブロッキング行列として機能する。しかし、それぞれの差分Ｚ_ｉ(k)は、異なった周波数応答と空間選択特性を有する。これは、次の２つの理由による。

まず、減算器入力である２つのセンサ信号間の相対的な遅延は、センサ間距離と信号到来方向の正弦(sin)の積を音速で除した形で与えられることがあげられる。また、センサ間距離は、すべてのＺ_ｉ(k)において異なる。差分Ｚ_ｉ(k)の周波数特性及び空間選択特性は、センサ間距離の関数となるのである。逆にいえば、センサ間距離が異なるＺ_ｉ(k)は、異なった周波数特性と空間選択特性を有する。これは、減算器321_０〜321_Ｍ−１を加算器に交換しても正しい。ただし、利得が減算器の場合の逆数となる点が異なる。尚、加算器を用いた場合は、目標信号が強調されるが、その場合の周波数特性と空間選択特性が、下記文献に開示されている。
「2001年、（マイクロフォン・アレイズ）、第１章、図1.1 、スプリンガー―バーラグ、ベルリン (CH.1, MICROPHONE ARRAYS,
SPRINGER-VERLAG, BERLIN, 2001.)」

減算器の場合には、上記文献中の周波数特性と空間選択特性の逆数をとって正規化すればよい。この文献中にあっては、センサ間距離が一定の場合、入力信号周波数が高くなるほど空間選択性が急峻になることがわかる。低い周波数においては、ビーム角度が広く、空間選択性も劣化する。
これを上記の減算器３２１_０〜３２１_Ｍ−１の場合にあてはめてみると、低い周波数において、正面方向から到来する目標信号に対して感度が低く、正面からはずれた方向に対してより感度が高い。しかしながら、感度が低い方向から感度が高い方向への遷移はゆるやかであり、十分な空間選択性を得ることができない。一方、センサ間隔が広くなれば、相対遅延が大きくなり、高い空間選択性を実現できる。即ち、急峻な空間選択性を得ることができる。

本第１実施形態では、この原理に基づき、間隔が異なるセンサの組から得られた信号の差分を複数求め、これらを加算することによって、総合的に優れた空間選択性を有するブロッキング行列を得る。複数の差分は減算器３２１_０〜３２１_Ｍ−１で求め、それらを加算器３２２で加算する。
このように構成することにより、低域信号に対しては間隔が広いセンサから得られた信号ペアの差分が、高域信号に対しては間隔が狭いセンサから得られた信号ペアの差分が有効に作用し、広帯域信号に対して優れた空間選択性を実現することができる。このため、この多重ブロッキング行列回路３２０は、優れた周波数特性と空間選択性で、目標信号を抑圧することができる。

本第１実施形態では、このような特性を有する多重ブロッキング行列回路３２０の出力を用いて妨害信号パワーを正確に推定し、その結果を用いてＳＩＲ計算部７００でＳＩＲを計算するように構成されている。このため、係数更新ステップサイズや忘却係数などの適応フィルタの追従性と演算精度を決定するパラメータを、正確なＳＩＲ推定値に基づいて制御することで、適応アレイ処理装置における適応ブロッキング行列回路３００および目標信号を出力する多極の入力キャンセラ５００での係数更新を、適切に制御することが可能となる。その結果、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理出力を得ることができる。

〔ブロッキング行列回路３２０の他の構成例：第２の例〕
ブロッキング行列回路３２０の他の構成例を図６に示す。
この図６に示すブロッキング行列回路３２０は、減算器３２１_０〜３２１_Ｍ−１、フィルタ３２３_０〜３２３_Ｍ−１、及び加算器３２２とから構成されている。減算器ｉは、１番目のセンサ信号Ｘ_０(k)とｉ番目のセンサ信号Ｘ_ｉ(k)の差分Ｚ_ｉ(k)＝Ｘ_０(k)−Ｘ_ｉ(k)を求めて、フィルタ３２３_ｉに伝達する。符号ｉは０からＭ−２の範囲の整数である。

フィルタ３２３_ｉは、通過帯域の信号成分を加算器３２２に伝達する。加算器３２２は、これらＭ−１個の入力信号をすべて加算して、加算結果をＺ(ｋ)として出力する。フィルタ３２３_ｉの通過帯域は、０番目とｉ番目のマイクロフォン間隔によって決定する。０番目とｉ番目のマイクロフォン信号によって定められる空間選択性の、とく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、フィルタ３２３_ｉが設計されている。

〔ブロッキング行列回路３２０の第３の例〕
ブロッキング行列回路３２０は、更に別の構成とすることができる（図７参照）。Ｍ個のセンサからなる直列アレイにおいて、２つのセンサの間隔は短いものから順に、Ｄ、２Ｄ、３Ｄ、・・・、（Ｍ−１）Ｄとする。センサ間隔がＤとなるセンサの組はＭ−１あり、２Ｄとなる組はＭ−２、同様に考えて、（Ｍ−１）Ｄとなる組は１となる。従って、これらそれぞれのセンサ間隔に対応した一組のセンサを選択し、それらから得られる信号の差分を求め、これらを加算器３２２で加算する構成である限り、ブロッキング行列回路３２０は上記の効果を有する。このような構成例を図７に示す。

この図７では、減算器３２１_０と３２１_Ｍ−２の動作が図３の場合と異なる。
前述した図６では、これらの減算器はセンサ間隔Ｄと（Ｍ−１）Ｄに対応した差分信号を出力するが、この図７では、（Ｍ−１）ＤとＤのセンサ間隔に対応した差分信号を出力する。この他にも、様々な類似構成が可能となる。

〔ブロッキング行列回路３２０の第４の例〕
更に、これらの内、特定のセンサ間隔に対応した信号を用いない構成であっても、従来のブロッキング行列回路３１０よりは、目標信号のブロック効果が高い。このようなブロッキング行列回路３２０の構成例（第４の例）を、図８に示す。図８を図６と比較すると、減算器３２１_２が存在しない。このため、センサ間隔が２Ｄに対応した差分信号は存在せず、センサ間隔２Ｄによる効果は期待できない。しかし、それ以外のセンサ間隔に対応した信号によって、図６の例には及ばないものの、総合的に優れた空間選択性を有するブロッキング行列回路３２０を得ることができる。

ブロッキング行列回路３２０の第３乃至第４の例（図７及び図８）では、減算器３２１_０〜３２１_Ｍ−１の出力は、フィルタ３２３_０〜３２３_Ｍ−１を経由して加算器３２２に供給されているが、図５と同様に、フィルタ３２３_０〜３２３_Ｍ−１のない構成も可能である。これらの構成は、図７及び図８において、フィルタ３２３_０〜３２３_Ｍ−１の入出力をすべて直結することで得られる。
その他の基本的な構成およびその作用効果は前述した図１１における従来等例の場合とその基本構成は同一となっている。

このように多重ブロッキング行列回路３２０を目的に応じてその出力内容を種々変化させた状態のもので構成し得るので、これを適宜選択装備することにより、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理出力を得ることができる。

〔全体的な動作説明〕
次に、上記第１の実施形態における全体的な動作を、図９に基づいて説明する。
まず、アレイ状センサ群で捕捉された複数の信号が送り込まれると受信部１００はこれを受信し一時的に保持する（ステップＳ１０１）。この受信部１００では、アレイ状センサ群からの複数の信号を常時受信し得る機能を備えている。この受信部１００で受信されたアレイ状センサ信号は、固定ビームフォーマ（第１のアレイ処理信号生成部）２００とブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３１０（３２０）と適応ブロッキング行列回路（妨害信号抽出部）３００へ同時に送り込まれる。

固定ビームフォーマ２００では、送り込まれた複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調するように処理され、これによって第１のアレイ処理信号が生成される（ステップＳ１０２：第１のアレイ処理信号生成工程）。
又、同時にブロッキング行列回路（第２のアレイ処理信号生成部）３１０（３２０）では、送り込まれた複数の信号に含まれる前記目標信号を他の信号に対して減衰させ、これによって妨害信号が強調するように処理され、第２のアレイ処理信号が生成される（ステップＳ１０３：第２のアレイ処理信号生成工程）。この生成された第２のアレイ処理信号は、ブロッキング行列回路３１０（３２０）で一時的に記憶される。

更に、適応ブロッキング行列回路３００では、送り込まれた複数の信号に含まれる前記目標信号を他の信号に対して減衰させて妨害信号が強調された第３のアレイ処理信号を生成し、これを前述した多入力キャンセラ５００へ出力する（ステップＳ１０４）。
これら固定ビームフォーマ２００、ブロッキング行列回路３１０、および適応ブロッキング行列３００における各処理動作は本実施形態では同時に作動し並行して同時に実行される。

ステップＳ１０２で生成され目標信号が強調された第１のアレイ処理信号は遅延素子４００へ送られ、所定の遅延されたタイミングで多入力キャンセラ５００へ送り込まれる（ステップＳ１０５）。同時にこの第１のアレイ処理信号は、利得制御部９００へ送られる。この利得制御部９００では、第１のアレイ処理信号を直ちに分析して信号特性を求める（ステップＳ１０６：信号特性分析工程）。続いて、この利得制御部９００では、生成された信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号がＳＩＲ推定用の信号に補正され、これにより、第１の補正アレイ処理信号が生成される（ステップＳ１０７：第１のアレイ処理信号補正工程）。

そして、この第１の補正アレイ処理信号と前述したブロッキング行列回路３２０で生成された第２のアレイ処理信号とに基づいて目標信号対妨害信号の比(SIR) がＳＩＲ推定部７００で演算され推定される（ステップＳ１０８：ＳＩＲ推定工程）。この場合、ＳＩＲの推定は、第２のアレイ処理信号に代わって予め設定した所定の妨害信号（例えば予め想定されたもの）を用いてもよい。又、この場合、ＳＩＲ推定工程に代えて、第１の補正アレイ処理信号と第２のアレイ処理信号との相対的な大小関係を求める大小関係特定工程を設定してもよい。この場合、前述した第２のアレイ処理信号と同等に機能する第３のアレイ処理信号を前述した多重ブロッキング行列回路３２０で形成し、これを前述した第２のアレイ処理信号に代えて大小関係特定工程で使用してもよい。

そして、前述したＳＩＲ推定工程で推定されたＳＩＲ推定値（又は大小関係特定値）は、直ちに演算制御部８００へ送られる。そして、この演算制御部８００では、このＳＩＲ推定値（又は大小関係特定値）に基づいて機能し、多入力キャンセラ５００における第１のアレイ処理信号の適応アレイ処理にあってその追従速度と演算精度とを定めるパラメータを最適な状態に設定制御するための制御信号を生成する（ステップＳ１０９：制御信号生成工程）。この制御信号を入力した多入力キャンセラ５００では、これにより目標信号を強調出力するように設定制御される（適応アレイ処理制御工程）。

即ち、演算制御部８００によって第１のアレイ処理信号の適応アレイ処理に際し、処理装置の係数更新制御を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい高品質なアレイ処理出力を得られる（ステップＳ１１０）。
ここで、演算制御部８００により、前述した制御信号を固定ビームフォーマ２００およびブロッキング行列回路３２０にも送り込み、これらの出力又はこれらの内の少なくとも一つを強調出力するように制御する構成としてもよい。

以上のように、この第１の実施形態によると、目標信号の特性に応じて適応的に目標信号（又は目標信号および妨害信号）の各パワーの推定値を補正するので、平坦度の高い周波数及び空間選択特性を実現することができ、目標信号（又は目標信号および妨害信号）の各パワーを正確に推定することができ、このため、処理装置の係数更新制御を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい高品質なアレイ処理出力を得ることができる。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態を図１０に基づいて説明する。
ここで、前述した第１の実施形態における構成部材と同等に機能する構成部材については同一の符号を用いるものとする。
この図１０に示す第２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；処理装置本体）１０００と、入力端子１０１_０〜１０１_Ｍ−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；処理装置本体）１０００は、前述した第１の実施例で開示した固定ビームフォーマ２００、適応ブロッキング行列３００、遅延素子４００、及び多入力キャンセラ５００、ブロッキング行列回路３１０（３２０）、ＳＩＲ推定部７００、及び比較機能も備えた演算制御部８００の各機能と同等に機能する処理プログラムを格納した記憶装置、および当該処理プログラムを実行する中央処理装置を備えている。更に、この処理プログラムには、前述した第２実施形態で開示した利得制御部９００の構成内容を含んだものであってもよい。

そして、入力端子１０１_０〜１０１_Ｍ−１に供給される目標信号と妨害信号は、コンピュータ１０００内の前記処理プログラムにて想定されるアレイ処理装置１１００に供給され、ここで妨害信号が抑圧処理される。
この想定されるアレイ処理装置１１００は、前述した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、多入力キャンセラ５００と同等の実行内容を、構成要素として備えている。又、本実施形態では、適応ブロッキング行列回路３００および多入力キャンセラ５００には、当該適応ブロッキング行列回路３００および多入力キャンセラ５００の各動作を制御する適応モード制御手段（適応アレイ制御装置）１２００が併設されている。

この適応モード制御手段１２００は、前述した第２実施形態におけるブロッキング行列回路３２０、ＳＩＲ推定部７００、および比較部としても機能する演算制御部８００、と同等の実行内容を含む処理プログラムにより構成されている。
そして、この適応モード制御手段１２００により、前述したアレイ処理装置における適応ブロッキング行列回路３００と多入力キャンセラ５００に含まれる適応フィルタの係数更新速度及び精度を制御される。ここで、適応モード制御手段１２００は、更に、前述した利得制御部９００と同等に機能する処理プログラムを含んでもよい。

適応モード制御手段１２００は、前述した各実施形態における適応モード制御手段と同様に、入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定し、これら各センサ対出力を用いて妨害信号パワーを推定する機能を備えている。このため、この適応モード制御手段１２００を装備することにより、異なった周波数特性や空間選択特性を組み合わせた、平坦度の高い特性を実現することができ、妨害信号パワーを正確に推定することができる。
又、目標信号の特性に応じて適応的に目標信号パワーの推定値を補正するので、特定の周波数成分を適応的に強調して平坦度の高い周波数及び空間選択特性を実現することができ、目標信号パワーを正確に推定することができる。

このように、本実施形態における適応アレイ処理装置１１００は、適応モード制御手段１２００を装備することにより、前述した各実施形態の場合と同様に、適応ブロッキング行列回路３００および多入力キャンセラ５００の係数更新制御を適切に行うことが可能となり、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくい、高品質なアレイ処理出力を得ることができる。
以上、センサとしてマイクロフォンを用いて説明してきたが、マイクロフォン以外に、超音波センサや、ソーナー受音器、アンテナなどのセンサを用いることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、妨害信号パワー及び目標信号パワー、並びに目標信号と妨害信号の比（ＳＩＲ）を正確に推定することができる。このため、入力信号の周波数特性や目標信号と妨害信号の方向の影響を受けにくく、係数更新制御を適切に行うことが可能となる。その結果、アレイ処理装置の出力における信号の劣化や息づき雑音を有効に減少させることができる。

本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。 図１中に開示した利得制御回路の第１の例を示したブロック図である。 図１中に開示した利得制御回路の第２の例を示したブロック図である。 図１中に開示したブロッキング行列回路の他の例（多重ブロッキング行列回路）を示すブロック図である。 図４中に開示した多重ブロッキング行列回路の第１の具体例を示すブロック図である。 図４中に開示した多重ブロッキング行列回路の第２の具体例を示すブロック図である。 図４中に開示した多重ブロッキング行列回路の第３の具体例を示すブロック図である。 図４中に開示した多重ブロッキング行列回路の第４の具体例を示すブロック図である。 図１に開示した第１実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。 従来例を示すブロック図である。 図１１中に開示したブロッキング行列を示す構成図である。

符号の説明

１００ 受信部
１００_０〜１００_Ｍ−１ アレイセンサとしての複数のマイクロフォン
２００ 固定ビームフォーマ（第１のアレイ処理信号生成部）
３００ 適応ブロッキング行列（第２のアレイ処理信号生成部）
３１０，３２０ ブロッキング行列（第１のアレイ処理信号生成部）
３１１，３２１_０〜３２１_Ｍ−１ 減算器
３２２ 加算器
３２３_０〜３２３_Ｍ−１ フィルタ
４００ 遅延素子
５００ 多入力キャンセラ（適用アレイ処理部）
６００ 出力端子
７００ 目標信号対妨害信号比の計算部（ＳＩＲ計算部，ＳＩＲ推定部）
８００ 演算制御部
９００ 利得制御部
９０１，９０７ 記憶部
９０３．９１２ 分析部
９０４，９１３ 利得計算部
９０５，９１４ スペクトル修正部（補正部）
１０００ コンピュータ
１２００ 適応モード制御手段（適応アレイ制御装置）

Claims (18)

1. アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調処理されて成る第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める分析部と、
   前記得られた信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する補正部と、
   前記第１の補正アレイ処理信号に基づいて目標信号に対する妨害信号の比(SIR)を推定するＳＩＲ推定部と、
   前記ＳＩＲ推定値を用いて所定の適応アレイ処理部におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する演算制御部とを有することを特徴とする適応アレイ制御装置。
2. 前記請求項１に記載の適応アレイ制御装置において、
   前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成部を装備すると共に、
   前記ＳＩＲ推定部を、前記第２のアレイ処理信号生成部で生成された第２のアレイ処理信号と前記第１の補正アレイ処理信号とに基づいて前記目標信号対妨害信号の比(SIR)を推定し特定する構成とし、
   前記演算制御部が、前記所定の適応アレイ処理部における適応アレイ処理に際して必要とするパラメータ調整の速度と精度とを前記ＳＩＲ推定値を用いて制御する適応アレイ処理制御機能を備えていることを特徴とした適応アレイ制御装置。
3. アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調処理されて成る第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める分析部と、この得られた信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する補正部と、
   前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成部と、
   前記第１の補正アレイ処理信号と前記第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める計算部と、
   この計算部で得られる大小関係を用いて所定の適応アレイ処理部におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する演算制御部を具備したことを特徴とする適応アレイ制御装置。
4. 前記請求項３に記載の適応アレイ制御装置において、
   前記第２のアレイ処理信号生成部は、前記入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定すると共にそのセンサ対の出力差分を算定してこれを出力するセンサ対差分情報出力機能を備えていることを特徴とした適応アレイ制御装置。
5. 前記請求項４に記載の適応アレイ制御装置において、
   前記第２のアレイ処理信号生成部は、前記各出力差分をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタとこのフィルタ出力を加算する加算器とを具備すると共に、前記加算器における加算結果を外部出力する加算結果出力機能を備えていることを特徴とする適応アレイ制御装置。
6. アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調処理されて成る第１のアレイ処理信号を分析してその信号特性を求める信号特性分析工程と、
   この得られた信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理信号補正工程と、
   この前記第１の補正アレイ処理信号に基づいて目標信号対妨害信号の比(SIR)を推定するＳＩＲ推定工程と、
   このＳＩＲ推定工程で推定されたＳＩＲ推定値を用いて所定の適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを最適な状態に設定制御する適応アレイ処理制御工程と、
   を備えたことを特徴とする適応アレイ制御方法。
7. 前記請求項６に記載の適応アレイ制御方法において、
   前記第１のアレイ処理信号補正工程とＳＩＲ推定工程との間に、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第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を設定し、
   前記ＳＩＲ推定工程を、前記第２のアレイ処理信号と前記第１の補正アレイ処理信号とに基づいて前記目標信号対妨害信号の比(SIR) を推定するＳＩＲ推定工程、としたことを特徴とする適応アレイ制御方法。
8. アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調処理されて成る第１のアレイ処理信号を分析しその信号特性を求める信号特性分析工程と、
   この得られた信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する第１のアレイ処理信号補正工程と、
   前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第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、
   前記補正された第１の補正アレイ処理信号と前記生成された第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める大小関係特定工程と、
   この特定された相対的な大小関係に基づいて、適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを最適な状態に設定制御する適応アレイ処理制御工程と、
   を備えたことを特徴とする適応アレイ制御方法。
9. 前記請求項７又は８に記載の適応アレイ制御方法において、
   前記第２のアレイ処理信号生成工程の実行内容を、入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定し、そのセンサ対の出力差分を用いて第２のアレイ処理信号を生成するように構成したことを特徴とする適応アレイ制御方法。
10. 前記請求項１１に記載の適応アレイ制御方法において、
    前記第２のアレイ処理信号生成工程の実行内容を、前記各出力差分をフィルタ処理してそれぞれの差分に対応した複数のフィルタ処理結果を特定すると共に、この特定された複数のフィルタ処理結果の和を用いて前記第２のアレイ処理信号を生成するように特定したことを特徴とする適応アレイ制御方法。
11. アレイ状の複数のセンサから送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号が他の信号に対して強調処理されて成る第１のアレイ処理信号を分析しその信号特性を求める信号特性分析機能、
    この生成された信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正して第１の補正アレイ処理信号を求める第１のアレイ処理信号補正機能、
    異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対の出力差分を求める出力差分算定機能、
    この算定された出力差分を用いて前記目標信号が他の信号に対して減衰した第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機能、
    前記補正された第１の補正アレイ処理信号と前記生成された第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める大小関係特定機能、
    この特定された相対的な大小関係に基づいて、適応アレイ処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを最適な状態に設定制御する適応アレイ処理制御機能、
    をコンピュータに実行させるように構成したことを特徴とする適応アレイ制御プログラム。
12. アレイ状センサ群から送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号を他の信号に対して強調するように処理し、これによって第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成部と、前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成部と、この第２のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から適応的に消去する相関除去部と、前記第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める分析部と、この分析部で得られた信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正し第１の補正アレイ処理信号として出力する補正部と、この第１の補正アレイ処理信号と前記第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める計算部とを備え、
    この計算部から出力される大小関係を用いて前記適応処理におけるパラメータ調整の速度と精度を制御するための制御信号を発生する演算制御部を装備し、
    この演算制御部から出力される制御信号を用いて少なくとも前記第１のアレイ処理信号生成部と前記第２のアレイ処理信号生成部と前記相関除去部の少なくとも何れか一つの動作を制御することを特徴とした適応アレイ処理装置。
13. 前記請求項１２に記載の適応アレイ処理装置において、
    前記第２のアレイ処理信号生成部は、前記入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定すると共に、そのセンサ対の出力差分を算定してこれを出力するセンサ対差分出力機能を備えていることを特徴とした適応アレイ処理装置。
14. 前記請求項１２に記載の適応アレイ処理装置において、
    前記第２のアレイ処理信号生成部は、前記各出力差分をそれぞれフィルタ処理する複数のフィルタと当該フィルタ出力を加算する加算器とを具備すると共に、前記加算器における加算結果を外部出力する加算結果出力機能を備えていることを特徴とする適応アレイ処理装置。
15. アレイ状センサ群から送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号を他の信号に対して強調するように処理し、これによって第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成工程と、
    前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第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、
    生成された前記第２のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去して出力する際に当該第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める信号特性生成工程と、
    この生成された信号特性に応じて前記第１のアレイ処理信号を補正して第１の補正アレイ処理信号を求める第１のアレイ処理信号補正工程と、
    前記目標信号を他の信号に減衰させて第３のアレイ処理信号を生成する第３のアレイ処理信号生成工程と、
    前記補正された第１の補正アレイ処理信号と前記生成された第３のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める大小関係特定工程と、
    この特定された相対的な大小関係に基づいて、前記適応処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを制御する適応アレイ処理制御工程と、を備えたことを特徴とする適応アレイ処理方法。
16. 前記請求項１５に記載の適応アレイ処理方法において、
    前記第３のアレイ処理信号生成工程の実行内容を、入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定し、そのセンサ対の出力差分を用いて第３のアレイ処理信号を生成するように構成したことを特徴とする適応アレイ処理方法。
17. 前記請求項１６に記載の適応アレイ処理方法において、
    前記第３のアレイ処理信号生成工程の実行内容を、前記各出力差分をフィルタ処理してそれぞれの差分に対応した複数のフィルタ処理結果を特定すると共に、この特定された複数のフィルタ処理結果の和を用いて前記第３のアレイ処理信号を生成するように構成したことを特徴とする適応アレイ処理方法。
18. アレイ状センサ群から送り込まれる複数の信号に含まれる目標信号を他の信号に対して強調するように処理し、これによって第１のアレイ処理信号を生成する第１のアレイ処理信号生成機能、
    前記目標信号を他の信号に対して減衰させて第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成機能、
    この第２のアレイ処理信号と相関のある信号成分を前記第１のアレイ処理信号から消去して出力する相関成分消去機能、
    目標信号が他の信号に対して強調された前記前記第１のアレイ処理信号を分析して信号特性を求める信号特性を求める信号特性生成機能、
    この生成された信号特性に応じて元の前記第１のアレイ処理信号を補正して第１の補正アレイ処理信号を求める第１のアレイ処理信号補正機能、
    前記入力される複数のアレイセンサ情報から異なったセンサ間隔を有する複数のセンサ対を設定し、そのセンサ対の出力差分を算定する出力差分算定機能、
    この出力差分を用いて目標信号が他の信号に対して減衰した第２のアレイ処理信号を生成する第２のアレイ処理信号生成機能、
    前記補正された第１の補正アレイ処理信号と前記生成された第２のアレイ処理信号の相対的な大小関係を求める大小関係特定機能、
    この特定された相対的な大小関係を用いて、前記適応処理におけるパラメータ調整の速度と精度とを最適な状態に設定制御する適応アレイ処理制御機能、
    をコンピュータに実行させるように構成したことを特徴とする適応アレイ処理プログラム。

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