宽带波束形成是麦克风阵列信号处理的关键技术之一,在音频信号采集和声源定位等领域具有广泛的应用。基于滤波求和结构的空间响应变化约束最小二乘法是近年来新发展的频率不变宽带波束形成器(Frequency invariant beamformer)设计方法,对高性能宽带音频信号采集具有重要意义。而近年来所提出的基于Farrow结构的指向可调宽带波束形成器可以有效解决声源运动情况下的波束形成问题。本文以宽带波束形成器的抽头稀疏化设计为主线,分别对以上两类宽带波束形成器设计进行了比较深入的研究。主要研究工作包括:1.研究了基于滤波求和结构的空间响应变化约束最小二乘频率不变宽带波束形成器的抽头稀疏化设计。研究结果表明,该方法的性能受滤波器抽头长度的影响。通过增大滤波器的抽头长度,可以改善波束形成器的性能,但是其代价是波束形成器的实现复杂度亦增大。针对这一问题,本文提出了稀疏化设计方法,有效降低了频率不变宽带波束形成器的冗余权值。仿真结果表明,与相同抽头数量的非稀疏设计方法相比,基于稀疏化设计方法具有更好的性能。2.研究了基于Farrow结构的指向可调鲁棒宽带波束形成器的稀疏化设计。(1)针对麦克风失配误差有界的条件下,研究了基于最差性能优化的设计方法。该方法虽然已成功应用于基于滤波求和结构的波束形成器鲁棒设计,但研究结果表明,由于存在过约束问题,该方法并不适用于基于Farrow结构的指向可调宽带波束形成器设计。(2)针对麦克风失配误差的均值和方差的分布范围已知的条件下,研究了基于最差平均性能优化和通带响应方差约束的鲁棒设计方法。研究结果表明,当存在麦克风失配误差时,该方法具有良好的性能。此外,还分析了基于Farrow结构的指向可调宽带波束形成器的通带响应方差的一些特性。(3)研究了基于Farrow结构的指向可调宽带鲁棒波束形成器的稀疏化设计。与经典的滤波求和结构波束形成器相比,基于Farrow结构的波束形成器指向可调的实现是以增加滤波器的个数为代价的。提出了一种基于Farrow结构的指向可调宽带鲁棒波束形成器的抽头稀疏化方法,有效剔除了波束形成器的冗余抽头权值,降低了实现复杂度。仿真结果表明,与相同抽头个数的非稀疏波束形成器相比,稀疏化设计有效改善了波束形成器的性能。