專利名稱：前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)性能提高的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主動(dòng)噪聲控制(ANC)領(lǐng)域，具體涉及窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)中非聲學(xué) 傳感器獲得的參考信號(hào)頻率與目標(biāo)噪聲真實(shí)頻率失調(diào)情況的補(bǔ)償和次級(jí)通道在線辨識(shí)子 系統(tǒng)中約束輔助噪聲來(lái)提高窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)性能的方法。
背景技術(shù)：
主動(dòng)噪聲控制(ANC)技術(shù)與傳統(tǒng)被動(dòng)噪聲控制方法相比，具有低頻性能好、控制 器改進(jìn)空間大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合用于控制低頻諧波噪聲及寬頻率范圍內(nèi)的音頻噪聲，是 傳統(tǒng)被動(dòng)方法不可或缺的有利補(bǔ)充。用于控制低頻諧波噪聲的窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)，由于目標(biāo)噪聲具有周期或者 近似周期特性，這類諧波噪聲往往是由旋轉(zhuǎn)設(shè)備或具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置產(chǎn)生，參考信號(hào)通 常利用非聲學(xué)傳感器(如轉(zhuǎn)速計(jì))獲取，這樣可以避免消聲揚(yáng)聲器可能給參考信號(hào)傳感器 (若采用聲學(xué)傳感器)帶來(lái)的聲反饋。在實(shí)際應(yīng)用中，由于長(zhǎng)時(shí)間工作，傳感器因?yàn)槔匣仍蚨沟闷錅y(cè)量精度下降， 致使所獲取的參考信號(hào)頻率與目標(biāo)噪聲真實(shí)頻率存在較大偏差，這時(shí)系統(tǒng)不能有效抑制目 標(biāo)噪聲。另一方面，為應(yīng)對(duì)次級(jí)通道可能存在的時(shí)變特性，提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性，次級(jí)通道 往往利用在線方法進(jìn)行辨識(shí)。比較有效的次級(jí)通道在線辨識(shí)方法，是通過(guò)引入一個(gè)輔助噪 聲作為辨識(shí)子系統(tǒng)的輸入，同時(shí)利用自適應(yīng)算法調(diào)整估計(jì)模型系數(shù)，獲取次級(jí)通道估計(jì)模 型，達(dá)到次級(jí)通道在線辨識(shí)的目的。對(duì)于含次級(jí)通道在線辨識(shí)的窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)，輔 助噪聲的引入對(duì)系統(tǒng)殘余噪聲的能量影響很大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)含次級(jí)通道在線辨識(shí)的前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)中 由非聲學(xué)傳感器獲得的參考信號(hào)頻率與目標(biāo)噪聲真實(shí)頻率存在失調(diào)情形，以及為了次級(jí)通 道在線辨識(shí)而引入的輔助噪聲嚴(yán)重阻礙了系統(tǒng)殘余噪聲能量的降低，而提供一種前饋型窄 帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)性能提高的方法。本發(fā)明前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)性能提高的方法中的前饋型窄帶主動(dòng)噪聲 控制系統(tǒng)包括頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)1、信號(hào)合成子系統(tǒng)2和次級(jí)通道在線辨識(shí)子系統(tǒng)3 ；信號(hào)合成子系統(tǒng)2，用于將頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)1發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行合成，產(chǎn)生抑制目標(biāo) 噪聲所需的次級(jí)噪聲源信號(hào)；次級(jí)通道在線辨識(shí)子系統(tǒng)3是以在線的方式，隨著窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的運(yùn) 行，用于在抑制噪聲的同時(shí)，完成次級(jí)通道的辨識(shí)；頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)1包括二階自回歸模塊11和最小均方算法模塊12，對(duì)第i個(gè)頻率通道的參考信號(hào)的余弦分量和正弦分量、(《)采用同一個(gè)調(diào)整 參數(shù)Ci (η)進(jìn)行調(diào)整；
第i個(gè)頻率通道的參考信號(hào)的余弦分量\…)和正弦分量、(功通過(guò)二階自回歸模 塊11調(diào)整計(jì)算得到Xai (n) = -C1 (n)xai (η- )-Xflj (η-2), η>2；\ (0) = 1，Xai (1) = cos(網(wǎng)(0))；\ (η) = -C1 (n)xbi (η- )- xb, (η-2\ η>2Xbi (0) = 1 ,Xk (1) = sin(網(wǎng)(0))；Ci(O) =-2cos (Coi(O))；上述公式中，Coi(O)是利用非聲學(xué)傳感器所獲得的同步信號(hào)，根據(jù)同步信號(hào)與噪 聲頻率的線性關(guān)系計(jì)算得到的噪聲中第i個(gè)頻率成分的初始頻率值；調(diào)整參數(shù)Ci (η)由最小均方算法模塊12進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整計(jì)算，具體過(guò)程為最小均方算法模塊12接收信號(hào)合成子系統(tǒng)2的濾波參考信號(hào)&( )和乓(η)，以及 前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的系統(tǒng)殘余噪聲e (η)；再通過(guò)最小均方算法模塊12更新參 數(shù)Ci (η)，所述參數(shù)Ci (η)的更新公式為 C1 ( +1) = C1 (η) - e{n)xis (η)Xi s(η) = Oij(η)χα (n-l) + Bi(n)xb (η-1)其中，對(duì)《)為表示序列{之…)}；^1的符號(hào)；頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)1將調(diào)整后的第i個(gè)頻率通道的參考信號(hào)的余弦分量^…)和正 弦分量、(《)傳送給信號(hào)合成子系統(tǒng)2。本發(fā)明包含一種自適應(yīng)頻率跟蹤方法和一種降低輔助噪聲對(duì)系統(tǒng)殘余噪聲能量 影響的方法，使得系統(tǒng)在頻率失調(diào)處于一定范圍內(nèi)，仍然能夠有效抑制目標(biāo)噪聲，以及系統(tǒng) 殘余噪聲能量降至理論期望水平，進(jìn)而提高系統(tǒng)性能。通過(guò)二階自回歸模型(AR模型)且 其參數(shù)采用梯度算法進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，對(duì)存在頻率失調(diào)的參考信號(hào)進(jìn)行處理，從而達(dá)到自適 應(yīng)跟蹤目標(biāo)噪聲頻率的效果，實(shí)現(xiàn)頻率失調(diào)補(bǔ)償功能；利用系統(tǒng)誤差逐漸減小的特點(diǎn)，通過(guò) 一個(gè)系統(tǒng)誤差函數(shù)約束輔助噪聲，達(dá)到降低輔助噪聲對(duì)系統(tǒng)誤差能量影響的目的，實(shí)現(xiàn)穩(wěn) 態(tài)系統(tǒng)誤差能量降至期望水平。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)含次級(jí)通道在線辨識(shí)的前饋型窄帶主動(dòng)噪聲 控制系統(tǒng)在頻率失調(diào)達(dá)到5. 0%以上仍然能夠有效抑制目標(biāo)噪聲，以及穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)殘余噪 聲能量降至理想水平，使得含次級(jí)通道在線辨識(shí)的前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)性能得到 進(jìn)一步提高以及更貼近實(shí)用。
圖1為傳統(tǒng)的含次級(jí)通道在線辨識(shí)的前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)；圖2為一個(gè) 二階自回歸模型(AR模型)處理參考信號(hào)示意圖；圖3為多頻率通道下存在頻率失調(diào)的窄 帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)中參考信號(hào)處理示意圖；圖4為本發(fā)明的含次級(jí)通道在線辨識(shí)的前饋 型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式前饋型窄帶主動(dòng)噪 聲控制系統(tǒng)包括頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)1、信號(hào)合成子系統(tǒng)2和次級(jí)通道在線辨識(shí)子系統(tǒng)3 ；
4
頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)1包括二階自回歸模塊11和最小均方算法模塊12，其中，二階自回歸模塊11是結(jié)合窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)特點(diǎn)通過(guò)對(duì)一般意義上 的二價(jià)自回歸模型(圖2所示)進(jìn)行擴(kuò)展而得到。由圖2可知，二價(jià)自回歸模型的輸出信 號(hào)χ (η)根據(jù)下式計(jì)算得到χ (n) =-c(n)x(n-l)-x(n-2)其中，模型系數(shù)c(n)通常由梯度算法進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。上式描述的自回歸模型具有 一定的頻率跟蹤功能，即當(dāng)信號(hào)Χ(Π)是單頻信號(hào)且其頻率與期望的信號(hào)頻率存在一定的 不一致時(shí)，調(diào)整參數(shù)c (η)，可使信號(hào)χ (η)的頻率得到相應(yīng)補(bǔ)償，跟蹤期望頻率。因此，針對(duì) 窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)中的頻率失調(diào)問(wèn)題，可利用圖2所示二階自回歸模型對(duì)參考信號(hào)進(jìn) 行處理，使參考信號(hào)頻率得到相應(yīng)補(bǔ)償。在窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)中，目標(biāo)噪聲通常是多頻率通道，窄帶主動(dòng)噪聲控制系 統(tǒng)需要同時(shí)處理多個(gè)頻率；同時(shí)，當(dāng)參考信號(hào)采用非聲學(xué)傳感器拾取時(shí)，參考信號(hào)以正弦信 號(hào)和余弦信號(hào)給出；因此，將圖2所示二階自回歸模型結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到多頻率通道，如圖3所 示；對(duì)第i個(gè)頻率通道的參考信號(hào)的余弦分量和正弦分量、(《)采用同一個(gè)調(diào)整參數(shù) Ci(Ii)進(jìn)行調(diào)整；在圖4所示系統(tǒng)中，第i個(gè)頻率通道的參考信號(hào)的余弦分量和正弦分 量、(功通過(guò)二階自回歸模塊11調(diào)整計(jì)算得到Xai (n) = -C1 (η)χαι (η- )-Xflj (η-2), η>2；\ (0) = 1，Xai (1) = cos(網(wǎng)(0))；\ (η) = -C1 (n)xbi (η- )- xb, (η-2\ η>2Xbi (0) = 1 ,Xk ⑴=sin(網(wǎng)(0))；Ci(O) =-2cos (ω J(O))。上述公式中，Coi(O)是利用非聲學(xué)傳感器所獲得的同步信號(hào)，根據(jù)同步信號(hào)與噪 聲頻率的線性關(guān)系計(jì)算得到的噪聲中第i個(gè)頻率成分的初始頻率值；η是時(shí)刻，當(dāng)η = 0時(shí) 表示初始時(shí)刻，所以這是該參數(shù)的初始值。η = 1以及其它時(shí)刻的值由下面的更新公式求得。調(diào)整參數(shù)Ci (η)由最小均方算法模塊12 (LMS)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整計(jì)算，具體計(jì)算過(guò) 程可概括為最小均方算法模塊12(LMS)接收信號(hào)合成子系統(tǒng)2的濾波參考信號(hào)&( )和 \(n)，以及前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的系統(tǒng)殘余噪聲e (η)；再通過(guò)最小均方算法模塊 12更新參數(shù)Ci (η)，所述參數(shù)Ci (η)的更新公式為
權(quán)利要求
前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)性能提高的方法，其特征在于前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)包括頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)(1)、信號(hào)合成子系統(tǒng)(2)和次級(jí)通道在線辨識(shí)子系統(tǒng)(3)；信號(hào)合成子系統(tǒng)(2)，用于將頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)(1)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行合成，產(chǎn)生抑制目標(biāo)噪聲所需的次級(jí)噪聲源信號(hào)；次級(jí)通道在線辨識(shí)子系統(tǒng)(3)是以在線的方式，隨著窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的運(yùn)行，用于在抑制噪聲的同時(shí)，完成次級(jí)通道的辨識(shí)；頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)(1)包括二階自回歸模塊(11)和最小均方算法模塊(12)，對(duì)第i個(gè)頻率通道的參考信號(hào)的余弦分量和正弦分量采用同一個(gè)調(diào)整參數(shù)ci(n)進(jìn)行調(diào)整；第i個(gè)頻率通道的參考信號(hào)的余弦分量和正弦分量通過(guò)二階自回歸模塊(11)調(diào)整計(jì)算得到 <mrow><msub> <mi>x</mi> <msub><mi>a</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>-</mo><msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>x</mi> <msub><mi>a</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>x</mi> <msub><mi>a</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>≥</mo><mn>2</mn><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>x</mi> <msub><mi>a</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>x</mi> <msub><mi>a</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>cos</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>ω</mi><mi>i</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>x</mi> <msub><mi>b</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>-</mo><msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>x</mi> <msub><mi>b</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>x</mi> <msub><mi>b</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>≥</mo><mn>2</mn> </mrow> <mrow><msub> <mi>x</mi> <msub><mi>b</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>x</mi> <msub><mi>b</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>ω</mi><mi>i</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow>ci(0)＝ 2cos(ωi(0))；上述公式中，ωi(0)是利用非聲學(xué)傳感器所獲得的同步信號(hào)，根據(jù)同步信號(hào)與噪聲頻率的線性關(guān)系計(jì)算得到的噪聲中第i個(gè)頻率成分的初始頻率值；調(diào)整參數(shù)ci(n)由最小均方算法模塊(12)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整計(jì)算，具體過(guò)程為最小均方算法模塊(12)接收信號(hào)合成子系統(tǒng)(2)的濾波參考信號(hào)和以及前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的系統(tǒng)殘余噪聲e(n)；再通過(guò)最小均方算法模塊(12)更新參數(shù)ci(n)，所述參數(shù)ci(n)的更新公式為 <mrow><msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>μ</mi> <msub><mi>c</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mi>e</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mover><mi>x</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>s</mi> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mover><mi>x</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>s</mi> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mover><mi>a</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mover><mi>x</mi><mo>^</mo> </mover> <msub><mi>a</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mover><mi>b</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mover><mi>x</mi><mo>^</mo> </mover> <msub><mi>b</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，為表示序列的符號(hào)；頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)(1)將調(diào)整后的第i個(gè)頻率通道的參考信號(hào)的余弦分量和正弦分量傳送給信號(hào)合成子系統(tǒng)(2)。FDA0000027401410000011.tif,FDA0000027401410000012.tif,FDA0000027401410000013.tif,FDA0000027401410000014.tif,FDA00000274014100000111.tif,FDA00000274014100000112.tif,FDA00000274014100000115.tif,FDA00000274014100000116.tif,FDA0000027401410000021.tif,FDA0000027401410000022.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)性能提高的方法，其特征在于 次級(jí)通道在線辨識(shí)子系統(tǒng)(3)還包括輔助噪聲約束模塊(33)，輔助噪聲約束模塊(33)是采 用一個(gè)非負(fù)函數(shù)f(n)限制輔助噪聲ν (η)，f (η) = e(n-l) U
全文摘要
前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)性能提高的方法。它涉及主動(dòng)噪聲控制領(lǐng)域，它針對(duì)含次級(jí)通道在線辨識(shí)的前饋型窄帶主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)中由非聲學(xué)傳感器獲得的參考信號(hào)頻率與目標(biāo)噪聲真實(shí)頻率存在失調(diào)情形，以及次級(jí)通道在線辨識(shí)而引入的輔助噪聲嚴(yán)重阻礙了系統(tǒng)殘余噪聲能量的降低。它的控制系統(tǒng)包括頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)、信號(hào)合成子系統(tǒng)和次級(jí)通道在線辨識(shí)子系統(tǒng)；頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)包括二階自回歸模塊和最小均方算法模塊，頻率補(bǔ)償子系統(tǒng)將調(diào)整后的第i個(gè)頻率通道的參考信號(hào)的余弦分量和正弦分量傳送給信號(hào)合成子系統(tǒng)。它在頻率失調(diào)達(dá)到5.0％以上仍然能夠有效抑制目標(biāo)噪聲，以及穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)殘余噪聲能量降至理想水平，使得控制系統(tǒng)性能得到進(jìn)一步提高以及更貼近實(shí)用。
文檔編號(hào)G10K11/178GK101976560SQ201010296429
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者劉劍, 孫金瑋, 肖業(yè)貴, 魏國(guó) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)