[發明專利]一種基于混合蛙跳算法的有源噪聲控制方法

有效

• 申請號: 202010077325.5
• 申請日: 2020-01-27
• 公開（公告）號: CN111276117B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 陳克安;王磊
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G10K11/178
• 分類號: G10K11/178;G06N3/006
• 代理公司: 西安匠星互智知識產權代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

本發明提出一種基于混合蛙跳算法的有源噪聲控制方法，該方法將基于青蛙群體的協同搜索方法與ANC有機的相結合，按照種群分類進行信息傳遞，具有局部搜索和全局信息混合的搜索策略，能夠在搜索過程中獲得全局最優解，與現有FxLMS算法相比可以獲得更好的降噪效果。并且本發明的降噪方案不需要次級通路建模，在噪聲控制過程中，能夠應對次級通路的突變。

技術領域

本發明涉及有源噪聲控制領域，提出了一種基于混合蛙跳算法的有源噪聲控制方法。

背景技術

噪聲污染是環境污染中一個特別突出的問題，對于噪聲的處理，通常有兩種技術手段，分別是無源噪聲控制和有源噪聲控制(Active Noise Control，ANC)技術。傳統的噪聲控制方法屬于無源噪聲控制，其主要方法包括吸聲處理、隔聲處理、使用消聲器、振動隔離、阻尼減振等。一般情況下，無源噪聲控制方法對中高頻噪聲的控制效果較好，而對低頻噪聲效果不佳。與無源控制不同，ANC技術能夠有效地控制低頻噪聲。ANC的機理是根據聲波的相消性干涉原理，初級聲源產生期望信號，次級聲源便產生一個與期望信號幅度相等、相位相反的次級信號，二者相互抵消，從而降低噪聲。

ANC中最常用的算法是FxLMS算法(Morgan D R.History,applications andsubsequent development of the FxLMS algorithm.IEEE Signal Processing Magazine2013,30(3):172-176)。在ANC系統中，從次級聲源到誤差傳聲器之間的物理通路稱為次級通路，組成次級通路的環節通常有聲場、電聲器件頻響和電子線路。在傳統方法中，要完成一個有源控制算法，必須首先得到次級通路傳遞函數的估計值。FxLMS算法通常采用次級通路離線建模估計。這時，如果次級通路發生變化，會導致ANC算法性能下降。而在實際情況中，次級通路經常表現為一個時變系統，所以采用傳統FxLMS算法的降噪效果較差。而且FxLMS是依據梯度算法對權系數進行更新的，會存在陷入局部最優解的問題。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出了一種基于混合蛙跳算法(ShuffledFrog Leaping Algorithm,SFLA)的ANC方法。SFLA是一種基于青蛙群體的協同搜索方法，該方法按照種群分類進行信息傳遞，具有局部搜索和全局信息混合的搜索策略，能夠在搜索過程中獲得全局最優解，與現有FxLMS算法相比可以獲得更好的降噪效果。并且基于SFLA的降噪方案不需要次級通路建模，在噪聲控制過程中，能夠應對次級通路的突變。

本發明的技術方案為：

所述一種基于混合蛙跳算法的有源噪聲控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：有源噪聲控制系統的有源控制器隨機產生N個控制濾波器權系數，每個控制濾波器的權系數作為一個單獨的青蛙個體，全部N個控制濾波器的權系數組成青蛙群體，N為該群體的規模；

步驟2：有源噪聲控制系統的有源控制器從當前種群中選擇某個個體進入步驟3；

步驟3：有源噪聲控制系統的初級聲源發出噪聲，參考傳感器拾取到參考信號x(n)作為控制濾波器的輸入，同時在誤差傳感器處形成期望信號d(n)；在有源噪聲控制系統的連續M個采樣周期內，有源控制器以進入本步驟的個體作為控制濾波器的權系數，參考信號x(n)通過該控制濾波器濾波獲得次級信號y(n)，次級信號驅動次級聲源產生抵消信號s(n)；在誤差傳感器處，期望信號d(n)與抵消信號s(n)疊加產生誤差信號e(n)，e(n)是有源噪聲控制系統在每個采樣周期內得到的誤差信號；計算有源噪聲控制系統在該M個采樣周期所得到的誤差信號均方值

式中J_i表示第i個青蛙個體的誤差均方值，t_i表示該青蛙個體作為控制濾波器權系數的開始采樣時刻；