[發明專利]一種基于雙麥克風的列車軸承軌邊聲學信號主動降噪方法

有效

• 申請號: 201911014725.5
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110740407B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 劉方;劉家慶;汪路;劉永斌;陸思良;琚斌;曹正
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H04R3/04
• 分類號: H04R3/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種基于雙麥克風的列車軸承軌邊聲學信號主動降噪方法，其特征在于，實現步驟如下：

步驟(1-1)、在列車軌道旁邊放置兩個麥克風，其中主麥克風正對輪對軸承，參考麥克風正對列車與輪軌接觸處，且兩個麥克風在同一垂直面上，當列車高速通過時，兩個麥克風同步采集輪對軸承發出的聲音信號、輪軌接觸噪聲和背景噪聲，主麥克風采集到的信號為pre(t)，參考麥克風采集到的信號為ref(t)；

步驟(1-2)、對參考麥克風采集到的信號ref(t)在時域和頻域上進行反調制信號處理得到信號ref_correct(t)，然后對信號ref_correct(t)進行再調制處理得到信號ref_modulate(t)，使參考麥克風與主麥克風采集到的聲信號多普勒畸變規律一致；

所述步驟(1-2)中，對參考麥克風采集到的信號ref(t)進行反調制信號處理環節的步驟如下：

步驟(1-2-1)、根據聲源發聲時間序列t_e＝{0，1/f_s，2/f_s，…(N-1)/f_s}計算參考麥克風采集信號的時間序列其中，N為麥克風采集到的信號長度，N＞1，f_s為參考麥克風采集到的聲音信號的采樣頻率，s為信號起始時刻聲源距離參考麥克風的水平距離，v為列車運動速度，r_2b為列車運動過程中輪軌接觸處與參考麥克風之間的最短距離，c為聲音在空氣中的傳播速度；

步驟(1-2-2)、在頻域上對參考麥克風采集到的信號ref(t)進行反調制處理：以參考麥克風采集到的信號ref(t)為y變量，以t_d1(t)為x變量，t_r1為插值x變量進行三次樣條插值擬合取樣，得到序列x_p，其中t_d1(t)＝t_e+R₁(0)/c，R₁(0)為信號起始時刻輪軌接觸處與參考麥克風的距離，其值為

步驟(1-2-3)、在時域上對參考麥克風采集到的信號進行反調制處理：ref_correct(t)＝x_p*A1，其中R1為列車輪軌接觸處與參考麥克風之間的實時距離，M為馬赫數M＝v/c，θ1為輪軌接觸處與參考麥克風的連線和列車運動方向之間的實時夾角；

所述步驟(1-2)中，反調制處理之后的信號ref_correct(t)進行再調制信號處理環節的步驟如下：

步驟(1-2-4)、在時域上對參考麥克風反調制之后得到的信號ref_correct(t)再調制處理：其中r_1b為車輪運動過程中輪軌接觸處與主麥克風之間的最短距離，R2為輪軌接觸處與主麥克風之間的實時距離，θ2為輪軌接觸處與主麥克風的連線和列車運動方向之間的實時夾角；

步驟(1-2-5)、在頻域上對參考麥克風反調制之后的信號進行再調制處理，記主麥克風采集信號的時間序列以t_r2為x變量，t_d2(t)為插值x變量，ref_mod_1(t)為y變量進行三次樣條插值擬合取樣，得到再調制處理之后的信號ref_modulate(t)，其中t_d2(t)＝t_e+R₂(0)/c，R₂(0)為信號起始時刻輪軌接觸處與主麥克風的距離，其值為

步驟(1-3)、采用最小均方算法進行主動降噪。

2.根據權利要求1所述的基于雙麥克風的列車軸承軌邊聲學信號主動降噪方法，其特征在于：所述步驟(1-3)中，運用最小均方算法實現去噪的步驟如下：

步驟(2-1)、主麥克風采集信號pre(t)作為主通道輸入信號p(t)，信號ref_modulate(t)作為參考通道輸入信號r(t)；

步驟(2-2)、參考通道輸入信號r(t)經LMS自適應濾波器之后的輸出信號為r′(t)，具體操作表達式如下：

r′(t)＝W^T(t)r(t)

W(t+1)＝W(t)+2μe(t)r(t)

e(t)＝p(t)-r′(t)

上述公式中μ為步長因子，W(t)為權系數向量，W(t+1)為濾波器權值更新函數，e(t)為主通道輸入信號與參考通道輸出信號之差，也就是誤差信號，亦即最終輸出的去噪之后的信號。