语音感知是声信号处理的重要研究内容。在户外环境中,远程语音信号信噪比较低,并受到各种噪声和干扰的影响,语音增强是麦克风阵列处理中的一项具有挑战性的任务。本文围绕高分辨率波达方向估计和时域恒定束宽波束形成器设计两个方面作深入研究。在小尺度阵上,解卷常规波束形成(Deconvolved Conventional Beamforming,DCBF)以较少的数据快拍,可以获得高分辨波束形成的超指向性,同时保持了常规波束形成(Conventional Beamforming,CBF)的鲁棒性。本文将现有的一维DCBF推广至可同时估计方位角和俯仰角的二维 DCBF(2-Dimensional Deconvolved CBF,2D-DCBF)。进一步在u空间(三角函数空间)推导克拉美劳下界(Cramer-RaoLowerBound,CRLB),使用蒙特卡洛试验方法分析一维DCBF和二维DCBF算法性能。在非相干空间子空间法的框架下,首次将DCBF算法应用于宽带语音信号的波达方向估计,该算法可应用于任意形状的麦克风阵列。户外实验数据处理结果表明,2D-DCBF用于麦克风阵列可以有效地估计远距离的语音信号方位。由于语音带宽覆盖了 5个倍频程,经典的频域恒定束宽波束形成不适合远程语音增强。本文将空间波束响应(SpatialResponseVariation,SRV)和旁瓣级(SidelobeLevel,SL)控制作为约束条件,使用凸优化算法解决恒定束宽波束模式设计问题,获得频率不变响应。为保证波束指向正确,在约束条件中增加对非观察方向的波束响应上限约束。同时,在时域有限单位冲激响应(Finite Impulse Response,FIR)滤波器之前使用“数字延迟线”实现整数延迟,降低滤波器设计时的计算复杂度。仿真结果表明本文提出的恒定束宽波束设计满足语音频段要求,麦克风实验数据处理结果验证了所提出的语音增强处理框架的有效性。