与传统的加性阵列相比,差分阵列具有很多优势,如尺寸小,阵列增益高,波束图具有频率不变性。因此近年来在音频和语音信号处理领域受到了一定关注。然而差分阵列对阵元失配误差较为敏感,同时在处理低频信号时容易发生噪声放大,尤其是高阶阵列。波束形成是阵列信号处理的一个重要技术,其本质是空域滤波,起到增强期望信号,抑制干扰和噪声的作用。通常情况下,差分阵列波束形成方法在干扰方向形成的零陷很窄。实际环境中干扰的移动、阵列平台的振动等都会导致干扰移出零陷位置而不能被有效地抑制,因此需要设计较宽的零陷。目前已有导数约束法实现差分阵列的零陷展宽,该方法零陷宽度不可调,且不适用于一阶差分阵列。本文针对差分麦克风阵列波束形成中的零陷展宽算法进行研究,同时讨论了阵元失配误差对差分阵列零陷展宽性能的影响。具体工作如下:1、本文提出了基于虚拟干扰法的鲁棒差分麦克风阵列零陷展宽算法。该方法将虚拟干扰法与鲁棒差分阵列线性约束最小方差波束形成算法相结合,利用自适应阵列原理,假设在原有的点干扰源附近存在均匀分布的多个虚拟干扰源,波束形成方法在虚拟干扰源扇面形成凹槽,从而增加了零陷宽度。与现有的导数约束法相比,该方法不仅适用于一阶差分阵列,同样适用于高阶阵列;而且可通过改变扩展干扰宽度和干噪比的值来灵活控制零陷的宽度。2、差分麦克风阵列可以实现高增益,然而其易受阵元失配误差的影响。在实际应用中,阵元失配误差的存在可能会导致阵列主瓣指向发生翻转,将严重影响阵列性能。本文在利用虚拟干扰法实现差分阵列零陷展宽的基础上,针对应用最广泛的一阶差分阵列,首先分别讨论了阵元增益误差、相位误差以及自噪声的存在对零陷展宽波束图主瓣指向的影响,发现在这三种情况下均有可能出现阵列主瓣指向发生翻转的现象。若失配误差随机但边界已知,通过分析得到:在低频、扩展干扰宽度和干噪比取值较大时,主瓣指向容易发生翻转。其次,经过推导和分析给出了失配误差条件下确保主瓣指向正确的设计条件,并且针对不同的信号频率,具体给出扩展干扰宽度和干噪比的取值范围以避免主瓣指向发生翻转。最后通过仿真实验,验证了理论分析的正确性。