一种快速稳定收敛的完全并行窄带主动噪声控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及快速稳定收敛的完全并行窄带主动噪声控制方法。
【背景技术】
[0002] 在实际的生产生活中，存在着大量的有害噪声，例如，工厂中大型的切割机产生的 噪声，会对操作工人造成很大的危害，通过有效的措施来降低或消除这些噪声信号具有重 要意义。自20世纪70年代初，主动噪声控制(ANC)系统被应用于降低这些有害噪声。ANC是基 于声音的相消干涉原理，通过扬声器产生与初级噪声频率相同、幅值相近、相位相反的次级 噪声信号，从而有效地降低或消除初级噪声。
[0003] 由发动机、切割机、排风扇等旋转机械产生以低频为主的有害噪声，其具有周期性 或近周期性，由于窄带主动噪声控制系统中，通常利用非声学传感器(如加速度计)获取这 类谐波噪声信号频率，进而通过信号发生器产生参考信号，从而避免声反馈问题，因此在消 除这类低频噪声方面，传统的窄带主动噪声控制系统得到了广泛地研究与应用。
[0004] 针对多频率窄带噪声信号，传统窄带主动噪声控制系统是将多个二阶自适应滤波 器并行连接组成多通道结构，实现了各窄带噪声分量被并行独立处理，而各频率通道的主 控制器系数却仍由系统的整体残余误差进行更新，导致各通道控制器之间相互影响，系统 的收敛速度低。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决现有各频率通道的主控制器系数却仍由系统的整体残 余误差进行更新，导致各通道控制器之间相互影响，系统的收敛速度低的问题，而提出了一 种快速稳定收敛的完全并行窄带主动噪声控制方法。
[0006] 上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 步骤一、建立具有正弦特性的初级噪声信号p(n);
[0008] 步骤二、合成与步骤一中的初级噪声信号P(n)幅值相等、相位相反的次级噪声信 号y(n);
[0009] 步骤三、当步骤一中的初级噪声信号p(n)和步骤二中的次级噪声信号y(n)相消以 后，通过麦克风测得系统总体残余误差信号e(n);
[0010] 步骤四、根据步骤三中测得的系统总体残余误差信号e(n)，得出残余误差分离子 系统分离出的第i个频率通道的残余误差信号 ei(n)。
[con]发明效果
[0012]采用本发明的一种快速稳定收敛的完全并行窄带主动噪声控制方法，本发明的系 统中，包含残余误差分离子系统，实现了将系统总体残余误差按照频率自适应分离，使得每 个通道控制器的更新均来自其自身频率对应的残余误差，而不再受其他频率残余误差的影 响，构成了输入频率信号和残余误差频率信号一一对应的完全并行结构的窄带主动噪声控 制系统，在保证稳态性能情况下，提高了系统的收敛速度，解决了现有窄带主动噪声控制系 统中，各窄带噪声分量被并行独立处理，而各控制器系数却仍由系统的整体残余误差进行 更新，导致各通道控制器之间相互影响，系统的收敛速度低的问题，使系统的收敛速度提高 了近1倍。
【附图说明】
[0013]图1为本发明流程图；
[0014]图2为传统并行窄带主动噪声控制系统图，C〇S(coin)为余弦信号，sin(co in)为正 弦信号，·\ (?2)为余弦参考输入，' (w)为正弦参考输入，4 (η)为第i个余弦分量的系数， 为第i个正弦分量的系数，Σ为全部求和，yi(n)为第i路输出，yi(n)为第1路输出，y q (η)为第q路输出，y (η)为总输出，+为相加 ，S (z)为次级通道，yP (η)为经过初级通道的输出， Ρ(η)为初级通道，e(n)为整体残余误差，-为相减，办2)为次级通道的估计，为经过滤 波的余弦参考输入，七(》)为经过滤波的正弦参考输入，FXLMS为滤波X通道的最小均方算 法；
[0015] 图3为残余误差分离子系统图，ei(n)为分离后的输出，?Μ(?)为分离子系统的第i 个余弦分量的系数，为分离子系统的第i个正弦分量的系数，LMS为最小均方算法；
[0016] 图4为带残余误差分离子系统的完全并行的窄带主动噪声控制系统结构图，
[0017] 图5为完全并行的窄带主动噪声控制系统与传统系统收敛过程对比图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0018] 一:结合图1、图2、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的一 种快速稳定收敛的完全并行窄带主动噪声控制方法，具体是按照以下步骤制备的：
[0019] 步骤一、建立具有正弦特性的初级噪声信号p(n);
[0020] 步骤二、合成与步骤一中的初级噪声信号p(n)幅值相等、相位相反的次级噪声信 号y(n);
[0021] 步骤三、当步骤一中的初级噪声信号p(n)和步骤二中的次级噪声信号y(n)相消以 后，通过麦克风测得系统总体残余误差信号e(n);
[0022] 步骤四、根据步骤三中测得的系统总体残余误差信号e(n)，得出残余误差分离子 系统分离出的第i个频率通道的残余误差信号 ei(n)。
【具体实施方式】 [0023] 二：本实施方式与一不同的是:所述p(n)初值为0，e (η)初值为0，ei(n)初值为0，其余所有变量的初值均赋值0。
[0024] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
[0025] 【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:所述步骤一中建 立具有正弦特性的初级噪声信号p(n)，具体过程为：
[0027]其中，on为第i个频率，i为频率个数，i取值范围为1 < i <q;q为频率个数，q的取 值范围为正整数；彳《，乂丨^为初级噪声信号P(n)的离散傅里叶系数(DFC)，ai为第i个余弦分 量的系数，h为第i个正弦分量的系数，vP(n)为均值为零、方差为 <的高斯白噪声，n为算法 迭代运行的点，η代表迭代运算的时间点个数，取值为大于等于1的任意正整数；g为表示 方差数值大小。
[0028] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一或二相同。
【具体实施方式】 [0029] 四：本实施方式与一至三之一不同的是:所述步骤二 中合成与步骤一中的初级噪声信号P(n)幅值相等、相位相反的次级噪声信号y(n)，具体过 程为：
[0030] 首先，通过加速度计非声学传感器获得初级噪声信号的第i个频率c〇i(i = l，2··· q)，
[0031] 然后，初级噪声信号p(n)的第i个频率ω ,(1 = 1,2…q)经信号发生器产生正余弦 参考信号，其中，&,..(?)为正弦参考信号，'(?)为余弦参考信号，T为周期；
[0032] 通过次级噪声信号y(n)合成子系统的离散傅里叶系数说(/7)i,.(π)匕,，调整正余弦 参考信号(/2)]的幅值与相位，合成与初级噪声信号P(n)幅值相等、相位相反的 次级噪声信号y(n)，利用声波的相消干涉原理(声波在传输过程中具有相互干涉作用，两个 频率相同、振动方向相同且步调一致的声源发出的声波相互叠加时就会出现干涉现象，如 果它们的相位相同，两波叠加后幅度增加声压加强；反之，它们的相位相反，两波叠加后幅 度减小声压减弱，如果两波幅度一样，将完全抵消)消除初级噪声信号P(n)。
[0033] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0034] 【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:所述次级噪 声信号y(n)通过下式给出：
[0036] 式中，xa (?) = cos(-)、气依)二Sin(ft^)，说为次级噪声信号y(n)合 成子系统的离散傅里叶系数，4(?)为第i个频率的第η个时间点的余弦分量的系数，$(?)为 第i个频率的第η个时间点的正弦分量的系数，q为频率个数，q取值范围为正整数，yi(n)为 第i路输出信号，取值范围为与目标待抵消的噪声有关。
[0037] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0038] 六:本实施方式与一至五之一不同的是:所述次级噪 声信号y(n)合成子系统的离散傅里叶系数具体过程为：
[0039] 残余误差分离子系统采用最小均方算法(Filter-X Least Mean Square，FXLMS) 接收经过次级通道过滤后的参考信号，以及步骤四中残余误差分离子系统 分离出的第i个频率通道的残余误差信号ei(n);再通过最小均方算法模块更新次级噪声信 号y(n)合成子系统的离散傅里叶系数故(〃),&/〇匕,.所述离散傅里叶系数的更新公式为：
[0042] 式中，μL为次级噪声信号合成子系统1的步长；
[0043] 正弦参考信号'(?)和余弦参考信号' ㈨经过次级通道估计分ζ)滤波得到滤波参 考信号：
[0046] 式中，为次级通道模型负ζ)的系数，論_4为次级通道模型阶数，m为次级通 道的序号，取值范围为〇到麻-1，\ (?)和气(《:)为一对正交的参考输入信号，4,.?和弋(《) 为经过次级通道过滤后的参考信号对，i为第m个次级通道的系数。
[0047] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0048] 【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:所述步骤三 中当步骤一中的初级噪声信号P(n)和步骤二中产生的次级噪声信号y(n)相消以后，通过麦 克风测得系统总体残余误差信号e(n);具体过程为：
r η Μ-\
[0050]其中，为次级通道s(z)的系数，M_1Ss( z)的阶数，Μ为正整数;yp(n)为y(n) 经过初级通道后的输出信号，y(n)经过初级通道为y(n)经过空气传播，经过电子设备;PS primary的英文缩写，j为第j个滤波器循环变量，n的取值范围为1 < n < N，N为大于等于1的 任意正整数，j的取值范围为次级通道的长度从0到Μ-1，~为第j个次级通道系数。
[0051 ]其它步骤及参数与【具