[發明專利]一種基于四元數自適應濾波器的濾波-X最小均方有源噪聲控制方法

在審

• 申請號: 202011214198.5
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112233644A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 陳曉梅;張冰妍;鐘波;肖徐東
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;中國計量科學研究院
• 主分類號: G10K11/178
• 分類號: G10K11/178
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

1.一種基于四元數自適應濾波器的濾波-X最小均方有源噪聲控制方法，通過設計一個有源噪聲控制ANC系統進行降噪，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、產生白噪聲并將其用揚聲器輸出，再通過拾音器采集，然后利用最小均方準則，通過建立次級通道的模型，進行多次迭代后得到次級通道系數；

步驟二、通過利用揚聲器產生反噪聲來抵消外界噪聲，具體為通過拾音器采集外界噪聲信號，利用步驟一中得到的次級通道系數進行補償，即，根據FXQLMS算法計算反噪聲，并通過揚聲器發出從而抵消外界噪聲，該過程進行多次迭代從而實現降噪；

所述建立次級通道的模型采用附加隨機噪聲的方法，假定次級通道為時不變系統，采用白噪聲發生器產生一個隨機噪聲并輸入建模濾波器和次級通道作為參考信號，將誤差傳感器測得的信號當作建模濾波器的目標信號，其中，所述白噪聲發生器產生高斯白噪聲，并注入次級通道模型的次級路徑；

所述ANC系統包括主通道路徑函數P(z)、次級通道路徑傳遞函數S(z)、次級通道路徑估計函數濾波器W_q(z)，其中，輸入噪聲信號x(n)分別輸入至主通道路徑函數P(z)、控制濾波器W_q(z)和次級通道路徑估計函數

x(n)通過主通道路徑，經由主通道路徑函數P(z)進行濾波，得到主通道待降噪點處的預期噪聲信號d(n)；

輸入噪聲信號x(n)經過QT模塊，由一維信號變為四維信號xq(n)，表示為如式(1)所示：

xq(n)＝0+x(n)i+x(n)j+x(n)k (1)；

控制濾波器W_q(z)分別與噪聲源信號xq(n)和FXQLMS算法模塊相連接，噪聲源信號xq(n)再通過控制濾波器W_q(z)輸出信號u_q(n)，信號u_q(n)再經過次級通道路徑傳遞函數S(z)產生抗噪信號y_q(n)，抗噪信號y_q(n)經過IQT模塊，由四維信號變為了一維信號y(n)，即取抗噪信號yq(n)的第一個虛部，即i的系數組成y(n)，y(n)表示主動降噪輸出的降噪信號，y(n)與d(n)相抵消的進行結合，從而減少了誤差傳感器周圍的聲壓，用信號e(n)代表y(n)與d(n)之間的誤差信號，即d(n)-y(n)；一維信號e(n)經過QT模塊變為四維的誤差信號e_q(n)，該誤差信號e_q(n)輸入至FXQLMS算法模塊；

輸入噪聲信號x(n)通過次級通道路徑估計函數輸出濾波-X信號x_f(n)，x_f(n)經過QT模塊變為四維的濾波-X信號x_fq(n)，x_fq(n)被輸入至FXQLMS算法模塊，FXQLMS算法模塊連接至控制濾波器W_q(z)，用于更新權值。

2.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述建立次級通道的模型的方法包括以下步驟：

1)由白噪聲發生器發出白噪聲信號u(n)，驅動次級揚聲器，同時作為自適應濾波器和LMS算法的參考輸入信號，該作為ANC系統的次級通道路徑估計函數；

2)利用傳聲器采集次級揚聲器的輸出信號y(n)；

3)計算自適應濾波器的輸出信號如式(2)所示：

其中M是濾波器長度；

4)計算實際系統和辨識系統的輸出差值，如式(3)所示：

5)采用LMS算法更新自適應濾波器的系數，如式(4)所示：

s_i(n+1)＝s_i(n)+μe(n)u(n-i) (4)，

其中，i＝0,1,...M-1；

6)重復上述過程，直到誤差信號e(n)滿足設定的要求為止，存儲的系數，供FXQLMS算法模塊使用。