[發明專利]一種基于改進FxLMS算法的主動噪聲控制系統與方法

在審

• 申請號: 201810281591.2
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108665887A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 袁軍;劉東旭;唐曉斌;王巍;王冠宇;呂韋喜
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G10K11/178
• 分類號: G10K11/178
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅;陳棟梁

本發明請求保護一種基于改進FxLMS算法的主動噪聲控制系統與方法。主要包括5個模塊：(1)FxLMS算法、(2)次級通道、(3)性能監視、(4)變功率白噪聲產生器及(5)主通道路徑。本發明目的在于提高ANC系統的降噪性能以及次級通道的建模精度和收斂速率。創新點在于針對次級通道的訓練信號(輔助隨機白噪聲)進行了功率調度，然后通過觀察(2)中的性能，當μ_Smax?μ_S＜α(1×10^?5＜α＜1×10^?3)時，停止(4)中的輔助隨機白噪聲的注入；當20log₁₀|f(n)|＜0時，重新開啟(4)中的輔助隨機白噪聲的注入。從而實現對次級通道進行在線建模和離線建模的相互轉換，最終得到一個具有較高建模精度和降噪性能的ANC系統。結構簡單、易適應環境變化和大方差輔助白噪聲等特點。

技術領域

本發明屬于噪聲消除技術領域，尤其涉及到一種基于FxLMS算法的對低頻噪聲消除的主動噪聲控制系統(ANC)中次級通道建模方法的研究。

背景技術

近年來，隨著工業設備如風扇、發動機、壓縮機和變壓器的不斷增長，聲學噪音逐漸成為一個嚴重的問題。傳統降噪方法采用的是被動噪聲控制：利用聲學包裝、安裝消聲器和設計隔聲結構來降低噪聲，這種方法因其在高頻率范圍內的高衰減噪聲受到重視，但其在較低的頻率范圍內所取得的降噪效果并不明顯且體積大、成本高。而主動噪聲控制(ANC)對低頻噪聲卻有著很好的降噪效果^[1]，因此受到了很大的關注。

ANC作為噪聲消除中的重要組成部分，其設計中所面臨的主要挑戰與次級通道相關。次級通道(從噪聲控制濾波器的輸出到誤差傳感器測量殘余噪聲的路徑)的存在會導致標準最小均方(LMS)算法的不穩定性，并且次級通道路徑是隨時間變化或非線性的，這又會導致ANC系統降噪性能的下降或發散。因此為了確保ANC系統的收斂，需要對次級通道路徑進行建模^[2,3]，以跟蹤次級路徑的變化，從而提高ANC系統降噪性能的穩定性。

由于傳統的FxLMS算法在對ANC系統進行降噪處理時，次級通道采用的是固定步長參數μ。固定步長容易在環境突然改變時，造成ANC系統中次級通道建模的發散，從而影響ANC系統的降噪性能；另外次級通道的訓練信號(輔助隨機白噪聲)采用的是固定功耗，同樣也會使得系統容易發散，造成降噪性能的下降。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種實現了對ANC系統更高的降噪性能的方法。本發明的技術方案如下：

一種基于改進FxLMS算法的主動噪聲控制系統，其包括：改進的FxLMS(濾波x-最小均方算法)算法模塊、次級通道、性能監視模塊、變功率白噪聲產生器及主通道路徑，其中所述改進的FxLMS算法模塊，用于通過次級通道模擬濾波器S’(z)對初始參考噪聲信號x(n)進行濾波，產生濾波信號x’(n)進而注入到ANC系統主控制自適應濾波器中，成為主通道自適應濾波器的輸入信號；以及可以對初始參考噪聲信號x(n)進行濾波，產生主通道自適應濾波器的輸出信號y(n)：改進的FxLMS算法改進主要體現在：(對主動噪聲控制系統中的次級通道采取變步長在線建模和離線建模相互轉換的方式以及對次級通道的訓練信號輔助隨機白噪聲采取功率調度)輸出信號y(n)之后與輔助隨機白噪聲v(n)結合，一起注入到次級通道S(z)中去，產生一個輸出信號y′(n)-v′(n)，緊接著，主通道自適應濾波器的期望信號d(n)會與這個輸出信號做差，從而得到ANC系統的誤差函數e(n)：

次級通道，用于對次級通道路徑S(z)進行跟蹤和模擬，產生一個供初始參考噪聲信號x(n)濾波的自適應濾波器S’(z)，在建模的過程中，次級通道會不斷根據ANC誤差函數e(n)與次級通道自適應濾波器的輸出信號做差，得到次級通道自適應濾波器的誤差函數f(n)，進而再注入到次級通道自適應濾波器和主通道自適應濾波器中，分別對其的抽頭系數進行調整；還對次級通道步長參數μ_S(n)采取了變步長算法；