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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

听觉是人类获取和传递信息的重要途径，也是人类认识外界环境的重要手段。人类通过对声音的感知，配合着视觉获取的图像信息，能够快速掌握外界环境中复杂的知识，进而改造环境。目前，多媒体技术得到了快速发展，基于音频信号的交互显得愈加重要，例如智能电子产品（如智能手机、智能机器人等）的语音识别、智能输入等，为人们的交流提供了便利。然而，有时人们不可避免地处于噪声高的环境中，如多媒体教室、会场、报告厅和会议室等。这种情况下，人们容易受到噪声、房间混响或其他说话人的干扰，通信质量将受到严重影响。为了提高基于音频信号的多媒体技术的抗干扰能力，声音信号处理技术已经成为科技工作者的研究热点之一。

阵列信号处理，顾名思义，由阵元按照一定的阵型组合而成，而麦克风阵列主要是提取特定方向的语音信号，并且能够抑制环境中的具体方向上的噪声等干扰，并能提高语音通信质量。本文采用麦克风阵列的波束形成技术，该技术在雷达、通信、声纳等诸多领域有良好的发展前景。波束形成的作用有两个：一是为了获得抗噪声、干扰和混响的空间增益；二是为了得到较好的空间分辨率，方便确定声源位置提高精度。

综上所述，本文研究的频率范围340hz~3400hz的语音信号，针对该信号的波束形成方法在能够在现实生活中得到应用，具有很好的应用价值。但是在雷达、通信、声纳等诸多领域逐渐扩大的情况下，波束形成算法也随着不同的要求而不断变化。随着计算机信息技术的快速发展，用智能优化算法进行麦克风阵列的波束形成已经成为研究热点，遗传算法（genetic algorithm ,ga）和蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm,sfla)作为优化搜索算法，其内在机理让它变得更加适用于研究阵列优化问题。

国内外研究现状

四十年代阵列信号处理的研究崭露头角，当时人们习惯性称该技术为自适应天线组合技术，硬件实现采用的方式主要是锁相环来跟踪天线。阵列信号处理的真正理论研究始于美国科研学者howells，该学者在1965年提出了一种关键性技术，该技术称为自适应陷波的旁瓣对消器。阵列信号处理的波束形成技术发展到如今可分为三个阶段：六十年代的环境适应的波束控制，例如相控阵天线、波速操纵波束形成技术等；七十年代的零点控制，例如零陷滤波器、副瓣对消估计技术等；八十年代的空间谱估计技术，例如特征空间正交谱估计、最大似然估计等。通过前辈们的努力与研究的不断深入，目前已经诞生出许多好的算法，进一步完善了阵列信号处理理论。

遗传算法(ga)在天线的应用最早可追溯到1994年的j. michael johnson和yahya rahmat-samii的基于遗传算法的阵列综合研究。不久，为获取最低旁瓣电平而优化的遗传算法得到了低于-20db的旁瓣电平，自此之后遗传算法在该领域的应用不断得到改进。自1996年，国内学者开始将遗传算法在天线工程中，特别是陈客松。随着研究的深入，遗传算法针对不等幅不等间距的阵列的最低旁瓣电平得到了优化，能够有效避免过早收敛和局部极值。

蛙跳算法最早是由eusuff和lansey提出，他们受到生物启发，利用青蛙的运动特点创建了这类搜索算法，起初是为了解决水资源网络分配问题。关于蛙跳算法目前可查的文献相对较少，近些年来，蛙跳算法在解决成品油官网设计、风电场电力系统优化、加工制造行业等问题上有了一定的效果。目前没有发现在麦克风阵列上的研究，但由于其全局搜索能力高以及高效率的计算能力，蛙跳算法在阵列方面的研究有望在将来取得很大突破。

2. 研究的基本内容

麦克风阵列信号处理被用于解决实际生活中语音通信的一系列问题，波束形成在阵列信号处理处理中占有十分重要的位置。传统的阵列综合方法在工程问题方面存在各自的缺陷，本文将运用两种智能优化算法，遗传算法和蛙跳算法来进行麦克风阵列的波束形成的研究。本文共分为以下几部分：

第一部分作为引言部分，介绍本文研究的背景意义，通过实际生活中语音信号处理引出基于麦克风阵列的波束形成，以及遗传算法和蛙跳算法在其中的研究发展。

第二部分给出了麦克风阵列的模型结构及其设计，波束形成的基本知识，并对波束形成方法进行归纳和分类。

第三部分主要从介绍遗传算法基本原理开始研究了一种基于改进的遗传算法的麦克风稀布阵综合方法，通过matlab编程实现对所提出模型的多次仿真和修改，以此来证明所提出的方法的优越性。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：通过查阅相关文献确定初步的实施方案，研究遗传算法和蛙跳算法的原理，并结合具体的麦克风阵列的研究以此为依据进行编程，特别要注意两种智能算法里的适应度函数与具体的麦克风阵列波束形成方法的结合。

进度安排：

第一阶段主要是根据导师的论文要求，查阅相关文献，主要包括麦克风阵列、波束形成、遗传算法、蛙跳算法等方面的文献，具体可参考期刊论文、学位论文以及相关出版书籍；

4. 参考文献

[1] 曹虎林. 基于麦克风阵列的声源定位系统硬件设计与算法研究[d].上海交通大学,2011.

[2] 朱荣新,方姚生,王晓锋. 雷达数字波束形成器的研究与实现[j].现代雷达,2003.2(2):46-49.

[3] howells p.intermediate frequency side-lobe canceller[p].u.s.patent 3,202,990,1965.8.