窄帶前饋主動噪聲控制系統(tǒng)及目標(biāo)噪聲抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了窄帶前饋主動噪聲控制系統(tǒng)及目標(biāo)噪聲抑制方法，屬于窄帶主動噪 聲控制（ANC，Active Noise Control)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 主動噪聲控制方法相對被動噪聲控制方法具有低頻特性好，控制器尺寸小等優(yōu) 勢，非常適用于周期或者近似周期的低頻正弦型窄帶噪聲的抑制。這種窄帶噪聲往往是由 旋轉(zhuǎn)設(shè)備或具有往復(fù)運動的裝置產(chǎn)生。在窄帶主動噪聲控制中，為避免聲反饋，噪聲頻率往 往通過非聲學(xué)傳感器直接或間接測得，根據(jù)所測同步頻率，再經(jīng)信號發(fā)生器產(chǎn)生同頻率的 正弦型參考信號提供給控制濾波器產(chǎn)生用于抵消目標(biāo)噪聲的次級噪聲。
[0003] 由于非聲學(xué)傳感器長時間運行、老化等原因，所測同步頻率與目標(biāo)噪聲真實頻率 之間將存在誤差，即產(chǎn)生了頻率不匹配現(xiàn)象。這時，窄帶主動噪聲控制系統(tǒng)將難以有效應(yīng) 對，噪聲抑制效果嚴(yán)重下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供了窄帶前饋主動噪 聲控制系統(tǒng)及目標(biāo)噪聲抑制方法，實現(xiàn)了窄帶主動噪聲控制系統(tǒng)在存在頻率不匹配時能夠 跟蹤目標(biāo)噪聲頻率，解決了窄帶前饋ANC系統(tǒng)在應(yīng)對頻率不匹配時計算量較大、收斂速度 較慢的技術(shù)問題。
[0005] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0006] 窄帶前饋主動噪聲控制系統(tǒng)，包括：頻率跟蹤及參考信號產(chǎn)生模塊、參考信號延遲 模塊、第一幅值相位調(diào)節(jié)模塊、第二幅值相位調(diào)節(jié)模塊、第一累加模塊、次級通道、第二累加 模塊、第一參數(shù)調(diào)節(jié)模塊、第二參數(shù)調(diào)節(jié)模塊、第三參數(shù)調(diào)節(jié)模塊，其中，
[0007] 頻率跟蹤及參考信號產(chǎn)生模塊：輸出端與參考信號延遲模塊輸入端、第一幅值相 位調(diào)節(jié)模塊輸入端連接，采用AR模型在非聲學(xué)傳感器采集的同步頻率下跟蹤目標(biāo)噪聲的 頻率并生成正弦型參考信號，輸出正弦型參考信號給參考信號延遲模塊、第一幅值相位調(diào) 節(jié)模塊；
[0008] 參考信號延遲模塊：輸出端與第二幅值相位模塊輸入端連接，輸出延遲參考信號 給第二幅值相位調(diào)節(jié)模塊；
[0009] 第一累加模塊：一個輸入端接第一幅值相位調(diào)節(jié)模塊輸出端，另一個輸入端接第 二幅值相位調(diào)節(jié)模塊輸出端，輸出端接次級通道輸入端，接收第一幅值相位調(diào)節(jié)模塊輸出 的一部分次級源信號與第二幅值相位調(diào)節(jié)模塊輸出的另一部分次級源信號后輸出次級源 合成信號給次級通道；
[0010] 第二累加模塊：一個輸入端接次級通道輸出端，另一個輸入端接目標(biāo)噪聲信號，接 收目標(biāo)噪聲信號和次級通道輸出的次級噪聲信號后輸出殘余噪聲信號；
[0011] 第一參數(shù)調(diào)節(jié)模塊：一個輸入端接正弦型參考信號的濾波信號，另一個輸入端接 殘余噪聲信號，輸出第一幅值相位調(diào)節(jié)模塊的參數(shù)更新值；
[0012] 第二參數(shù)調(diào)節(jié)模塊：一個輸入端接延遲參考信號的濾波信號，另一個輸入端接殘 余噪聲信號，輸出第二幅值相位調(diào)節(jié)模塊的參數(shù)更新值；
[0013] 第三參數(shù)調(diào)節(jié)模塊：一個輸入端接正弦型參考信號的濾波信號，另一個輸入端接 殘余噪聲信號，輸出頻率跟蹤及參考信號產(chǎn)生模塊的自適應(yīng)參數(shù)更新值。
[0014] 進(jìn)一步的，所述窄帶主動噪聲控制系統(tǒng)中，第一幅值相位調(diào)節(jié)模塊為第一 FIR濾 波器，第二幅值相位調(diào)節(jié)模塊為第二FIR濾波器。
[0015] 再進(jìn)一步的，所述窄帶主動噪聲控制系統(tǒng)中，第一參數(shù)調(diào)節(jié)模塊、第二參數(shù)調(diào)節(jié)模 塊、第三參數(shù)調(diào)節(jié)模塊均采用LMS算法更新參數(shù)。
[0016] 更進(jìn)一步的，所述窄帶主動噪聲控制系統(tǒng)中，目標(biāo)噪聲信號由窄帶噪聲源經(jīng)過線 性初級通道傳播在相消點產(chǎn)生的窄帶噪聲與環(huán)境隨機(jī)噪聲的疊加生成。
[0017] 目標(biāo)噪聲抑制方法，采用所述系統(tǒng)實現(xiàn)，包括如下步驟：
[0018] A.參考信號的獲?。侯l率跟蹤及參考信號產(chǎn)生模塊在非聲學(xué)傳感器采集的同步 頻率下產(chǎn)生正弦型參考信號，參考信號延遲模塊處理正弦型參考信號得到延遲參考信號；
[0019] B.次級源合成信號的獲?。旱谝?FIR濾波器對正弦型參考信號進(jìn)行幅值相位調(diào)節(jié) 得到一部分次級源信號，第二FIR濾波器對延遲參考信號進(jìn)行幅值相位調(diào)節(jié)得到另一部分 次級源信號，一部分次級源信號、另一部分次級源信號經(jīng)第一累加器疊加后得到次級源合 成信號；
[0020] C.抑制目標(biāo)噪聲信號：次級源合成信號經(jīng)過次級通道生成次級噪聲信號，次級噪 聲信號與目標(biāo)噪聲信號經(jīng)過第二疊加器的疊加相消得到殘余噪聲信號；
[0021] D.更新參數(shù)：采用次級通道估計模型處理正弦型參考信號、延遲參考信號以獲取 濾波-X參考信號、濾波-X延遲參考信號，第一參數(shù)調(diào)節(jié)模塊根據(jù)濾波-X參考信號、殘余噪 聲信號更新第一 FIR濾波器的權(quán)值，第二參數(shù)調(diào)節(jié)模塊根據(jù)濾波-X延遲參考信號、殘余噪 聲信號更新第二FIR濾波器的權(quán)值，第三參數(shù)調(diào)節(jié)模塊根據(jù)濾波-X參考信號、殘余噪聲信 號更新頻率跟蹤及參考信號產(chǎn)生模塊的自適應(yīng)參數(shù)。
[0022] 進(jìn)一步的，所述目標(biāo)噪聲抑制方法中，步驟A產(chǎn)生的正弦型參考信號為：
[0023] Xi (n) = -Ci (n) Xi (n-1) -Xi (n_2)，n ^ 2
[0024] X1 (0) = a,
[0025] Xi(I) =a; cos (Oi(O))+!^ sin^JO))，其中，
[0026] X1(O)、X1(I)、X1 (n-2)、X1 (n-1)、X1 (n)分別為正弦型參考信號的第0次、第1次、第 n-2次、第n-1次、第η次更新值，C1 (η)為自適應(yīng)參數(shù)的第η次更新值，Coi(O)為非聲學(xué)傳 感器測得的同步頻率，自適應(yīng)參數(shù)初始值C 1(O) :Cl(0) =Ic0S(COi(O))c3
[0027] 再進(jìn)一步的，所述目標(biāo)噪聲抑制方法中，步驟B獲取的一部分次級源信號.V廣 以及另一部分次級源信號分別為：
[0028]
[0029] 〇)、/^(π)為第一 FIR濾波器權(quán)值的第η次更新值，Xl(n-l)、Xl(n)為正弦型 參考信號的第n-1次、第η次更新值，/^f1 為第二FIR濾波器權(quán)值的第η次更 新值，Xi (n-k-1)、Xi (n-k)為延遲參考信號的第η-1次、第η次更新值。
[0030] 更進(jìn)一步的，所述目標(biāo)噪聲抑制方法，步驟C中所述的目標(biāo)噪聲ρ(η)為：
[0031]
[0032] q為目標(biāo)噪聲中頻率成分?jǐn)?shù)量，aPil、bPil為離散傅里葉系數(shù)，X1, 〇)為余弦信號分 量，％ (?)為正弦信號分量，?) = COS% ')，'⑷=sin(6^.?)，ω p, i為目標(biāo)噪聲信號頻 率，Vp (η)為環(huán)境隨機(jī)噪聲。
[0033] 作為所怵H標(biāo)嚙畝抑制方法的講一擊優(yōu)化方案，步驟D中第一 FIR濾波器權(quán)值 的更新方程為 1 :，第二FIR濾波器權(quán)值的更新方程為： n; {r I} = ηη卞-])
，·頻率跟蹤及參考信號產(chǎn)生模塊自適應(yīng)參數(shù)的更新 D 方程為：％(? +1)("-1).，其中，
[0034] C (n + i)、/$> +1)為第一 FIR濾波器權(quán)值的第η+1次更新值，〇 + 1)、 + 為第二FIR濾波器權(quán)值的第η+1次更新值，1)、. ?,(Η)為濾波-X參考信號 的第η-1次、第η次更新值，U、天.(/7-々)為濾波-X延遲參考信號的第η-1次、第 η次更新值，P1為正弦型參考信號以及延遲參考信號的更新系數(shù)，義..為自適應(yīng)參數(shù)的更新 系數(shù)。
[0035] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：
[0036] (1)頻率跟蹤及參考信號產(chǎn)生模塊利用了自適應(yīng)陷波濾波器跟蹤噪聲目標(biāo)的頻 率，能有效跟蹤目標(biāo)噪聲頻率并產(chǎn)生與目標(biāo)噪聲相關(guān)的正弦型參考信號；
[0037] (2)增加的參考信號延遲模塊以及第二幅值相位模塊生成的部分次級源，和參考 信號經(jīng)幅值相位調(diào)節(jié)得到的部分次級源經(jīng)疊加相消產(chǎn)生能量最小的殘余噪聲，以較少的計 算量提升系統(tǒng)收斂速度；
[0038] (3)參考延遲信號模塊、幅值相位調(diào)節(jié)模塊的引入影響了采用AR模型頻率跟蹤及 參考信號產(chǎn)生模塊的參數(shù)更新，能夠使整個系統(tǒng)應(yīng)對的頻率不匹配量高達(dá)10%以上，且在 實際的主動噪聲控制器中易于實現(xiàn)；
[0039] (4)目標(biāo)噪聲抑制方法通過簡單并行擴(kuò)展，易于實現(xiàn)多頻率通道下的頻率不匹配 應(yīng)對，達(dá)到有效抑制窄帶噪聲