基于M估計器的遞歸有源噪聲控制方法技術(shù)

基于M估計器的遞歸有源噪聲控制方法，其步驟主要是：A、噪聲輸入向量的生成；B、權(quán)向量的生成；C、濾波器輸出值的生成；D、殘差信號閾值的確定，D1、置于噪聲消除點的誤差麥克風(fēng)拾取出噪聲消除點在當(dāng)前時刻n的聲音信號；并得到殘差信號平方e2(n)，組成殘差信號平方窗函數(shù)向量E(n)，E(n)＝[e2(n),e2(n?1),...,e2(n?Nw+1)]；D2、計算M估計器的期望方差D3、計算出M估計器殘差信號的低限閾值ξ、中限閾值Δ1和高限閾值Δ2；E、誤差信號限定值的計算，濾波器計算出M估計器的誤差信號限定值ψ(n)；F、權(quán)向量更新；G、迭代，令n＝n+1,重復(fù)A、B、C、D、E、F的步驟,直至濾波結(jié)束。該方法對沖擊噪聲的消除效果好，收斂速度快，殘留誤差小。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于自適應(yīng)有源噪聲控制

技術(shù)介紹
噪音控制一直以來是一個重要的課題。隨著科技的發(fā)展，噪聲污染的問題越來越嚴重。很多電子設(shè)備及工業(yè)裝置都會產(chǎn)生噪聲。這些噪聲不僅可能對通信或自動控制系統(tǒng)造成干擾，還會影響人的身心健康。噪聲控制技術(shù)主要分為無源控制技術(shù)和有源(主動)控制技術(shù)。無源控制技術(shù)，主要采用消聲器、振動隔離、阻尼減振等方法，不僅造價高，且對于低頻噪聲往往沒有效果。有源控制技術(shù)，采用主動噪聲控制(Activenoisecontrol,ANC)系統(tǒng)，利用兩列頻率相同、相位差固定的聲波，疊加后會產(chǎn)生相加性或相消性干涉，從而使聲能得到增強或減弱，利用聲波相消性干涉來消除噪聲。此類方法，有著有效的去噪能力(尤其是低頻噪聲)，且成本低；近年來得到了廣泛的關(guān)注。在一個有源(主動)噪聲控制系統(tǒng)中，主麥克風(fēng)置于噪聲源處用于拾取噪聲源的原始噪聲(初級噪聲)，控制器通常是一個自適應(yīng)濾波器，自適應(yīng)濾波器對噪聲信號濾波后通過揚聲器輸出一個反向(相)噪聲(次級噪聲)；誤差麥克風(fēng)置于噪聲消除點(揚聲器處)，用于拾取噪聲消除點的殘差信號(初級噪聲與次級噪聲抵消后的誤差信號)，該殘差信號用于主動噪聲控制器的反饋修正。從噪聲源到噪聲消除點的路徑稱為主級通路，噪聲源經(jīng)控制器到噪聲消除點(揚聲器)的路徑稱為次級通路。自適應(yīng)有源噪聲控制方法中，濾波-x最小均方(FxLMS)算法應(yīng)用最為廣泛，對于初級噪聲信號為非沖擊噪聲的環(huán)境下，有著良好的魯棒性，且結(jié)構(gòu)簡單。但是，當(dāng)初級噪聲為α穩(wěn)定分布的沖擊噪聲時，F(xiàn)xLMS算法會出現(xiàn)不收斂的情況。由于FxLMS算法采用均方誤差，而α穩(wěn)定分布的噪聲方差是無窮的，這樣會導(dǎo)致控制器更新時參數(shù)發(fā)散。為避免這一缺陷，一些改進方法被相繼提出，較成熟的方法有以下兩種：(1)濾波p范數(shù)(FxLMP)方法參考文獻1“LeahyR,ZhouZ,HsuYC.Adaptivefilteringofstableprocessesforactiveattenuationofimpulsivenoise.in:Proceedingsofthe1995InternationalConferenceonAcoustics,Speech,andSignalProcessing,vol.5；1995.p.2983‐2986.)該方法是將分數(shù)階誤差策略，即p范數(shù)(1<p<2)引入有源噪聲控制系統(tǒng)中，使得當(dāng)強噪聲環(huán)境下，能夠把濾波器限定在一個范圍內(nèi)，避免其參數(shù)發(fā)散，從而提高了算法在沖擊噪聲下的穩(wěn)定性，也提高了算法收斂速度。但是實驗結(jié)果表面該方法某些強沖擊收斂速度仍然不夠快。(2)魯棒FxLMS(RFxLMS)方法參考文獻2“GeorgeNV,PandaG.Arobustfiltered-sLMSalgorithmfornonlinearactivenoisecontrol.Appl.Acoust.2012；73(8):836–41.”。該文獻提出了一種魯棒的FxLMS消除方法。該方法采用一種基于對數(shù)的誤差信號更新，而這種對數(shù)變換可以在一定程度上壓縮α穩(wěn)定分布噪聲的幅值，從而限定控制器的參數(shù)，提高了算法在大部分情況下的穩(wěn)定性，但是該算法具有較大的殘差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的專利技術(shù)目的就是提供一種基于M估計器的遞歸有源噪聲控制方法，該方法對沖擊噪聲的消除效果好，收斂速度快，殘留誤差小。本專利技術(shù)實現(xiàn)其專利技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案是，基于M估計器的遞歸有源噪聲控制方法，其步驟如下：1、基于M估計器的遞歸有源噪聲控制方法，其步驟如下：A、噪聲輸入向量的生成置于噪聲源的主麥克風(fēng)拾取出噪聲源當(dāng)前時刻n產(chǎn)生的初級噪聲值u(n)；將當(dāng)前時刻n和前L-1個時刻的L個初級噪聲值u(n),u(n-1)...,u(n-L+1)，構(gòu)成濾波器當(dāng)前時刻n的噪聲輸入向量U(n)，U(n)＝[u(n),u(n-1)...,u(n-L+1)]T；其中L＝128，是濾波器的抽頭數(shù)，上標(biāo)T代表轉(zhuǎn)置；B、權(quán)向量的生成濾波器生成當(dāng)前時刻n和前L-1個時刻的權(quán)系數(shù)w(n),w(n-1)…w(n-L+1)，并將這L個權(quán)系數(shù)構(gòu)成當(dāng)前時刻n的權(quán)向量W(n)，W(n)＝[w(n),w(n-1),...,w(n-L+1)]；當(dāng)前時刻n<129時，W(n)＝0；C、濾波器輸出值的生成濾波器根據(jù)當(dāng)前時刻n的權(quán)向量W(n)對當(dāng)前時刻n的噪聲輸入向量U(n)進行濾波得到當(dāng)前時刻n輸出到揚聲器的濾波器輸出值其中符號*代表卷積運算，s表示噪聲源經(jīng)濾波器到揚聲器的次級通路固有的脈沖響應(yīng)；D、殘差信號閾值的確定D1、置于噪聲消除點的誤差麥克風(fēng)拾取出噪聲消除點在當(dāng)前時刻n的聲音信號，即當(dāng)前時刻n的殘差信號e(n)；并得到當(dāng)前時刻n的殘差信號平方e2(n)，將當(dāng)前時刻n和前Nw-1個時刻的殘差信號平方e2(n),e2(n-1),...,e2(n-Nw+1)，組成殘差信號平方窗函數(shù)向量E(n)，E(n)＝[e2(n),e2(n-1),...,e2(n-Nw+1)]，其中，Nw是窗函數(shù)長度，取值為100；D2、計算M估計器的期望方差其中，C為計算糾正因子，C＝1.483{1+5/(Nw-1)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
基于M估計器的遞歸有源噪聲控制方法，其步驟如下：A、噪聲輸入向量的生成置于噪聲源的主麥克風(fēng)拾取出噪聲源當(dāng)前時刻n產(chǎn)生的初級噪聲值u(n)；將當(dāng)前時刻n和前L?1個時刻的L個初級噪聲值u(n),u(n?1)...,u(n?L+1)，構(gòu)成濾波器當(dāng)前時刻n的噪聲輸入向量U(n)，U(n)＝[u(n),u(n?1)...,u(n?L+1)]T；其中L＝128，是濾波器的抽頭數(shù)，上標(biāo)T代表轉(zhuǎn)置；B、權(quán)向量的生成濾波器生成當(dāng)前時刻n和前L?1個時刻的權(quán)系數(shù)w(n),w(n?1)…w(n?L+1)，并將這L個權(quán)系數(shù)構(gòu)成當(dāng)前時刻n的權(quán)向量W(n)，W(n)＝[w(n),w(n?1),...,w(n?L+1)]；當(dāng)前時刻n<129時，W(n)＝0；C、濾波器輸出值的生成濾波器根據(jù)當(dāng)前時刻n的權(quán)向量W(n)對當(dāng)前時刻n的噪聲輸入向量U(n)進行濾波得到當(dāng)前時刻n輸出到揚聲器的濾波器輸出值其中符號*代表卷積運算，s表示噪聲源經(jīng)濾波器到揚聲器的次級通路固有的脈沖響應(yīng)；D、殘差信號閾值的確定D1、置于噪聲消除點的誤差麥克風(fēng)拾取出噪聲消除點在當(dāng)前時刻n的聲音信號，即當(dāng)前時刻n的殘差信號e(n)；并得到當(dāng)前時刻n的殘差信號平方e2(n)，將當(dāng)前時刻n和前Nw?1個時刻的殘差信號平方e2(n),e2(n?1),...,e2(n?Nw+1)，組成殘差信號平方窗函數(shù)向量E(n)，E(n)＝[e2(n),e2(n?1),...,e2(n?Nw+1)]，其中，Nw是窗函數(shù)長度，取值為100；D2、計算M估計器的期望方差其中，C為計算糾正因子，C＝1.483{1+5/(Nw?1)}；ζ為縮放參數(shù)，其取值為0.9～1；med為取中位數(shù)運算；D3、計算出M估計器殘差信號的低限閾值ξ、中限閾值Δ1和高限閾值Δ2，ξ=1.96σe2(n),Δ1=2.24σe2(n),Δ2=2.576σe2(n).]]>E、誤差信號限定值的計算濾波器根據(jù)當(dāng)前時刻n的殘差信號e(n)，計算出M估計器當(dāng)前時刻n的誤差信號限定值ψ(n)：ψ(n)=1,0≤|e(n)|<ξ,ξsign{e(n)}/e,ξ≤|e(n)|<Δ1,sign{e(n)}e(n)[(|e(n)|-Δ2)ξΔ1-Δ2],Δ1≤|e(n)|<Δ2,0,Δ2≤|e(n)|]]>其中，sign表示符號函數(shù)，當(dāng)e(n)>0時，其值為1；當(dāng)e(n)<0時，其值為?1；當(dāng)e(n)＝0時，其值為0；F、權(quán)向量更新濾波器生成當(dāng)前時刻n的增益向量Φ(n)，Φ(n)=ψ(n)F(n)(s*U(n))λ+ψ(n)(s*U(n))TF(n)(s*U(n))]]>式中，λ表示遺忘因子，其取值為0.9～1；F(n)為當(dāng)前時刻n的遞歸矩陣，其大小為L×L，當(dāng)前時刻n<129時，F(xiàn)(n)＝0；下一時刻(n+1)的遞歸矩陣F(n+1)由公式F(n+1)＝λ?1F(n)?λ?1Φ(n)(s*U(n))TF(n)得到；隨后，濾波器算出下一時刻(n+1)的權(quán)向量W(n+1)，W(n+1)＝W(n)+Φ(n)e(n)G、迭代令n＝n+1,重復(fù)A、B、C、D、E、F的步驟,直至濾波結(jié)束。...

【技術(shù)特征摘要】
1.基于M估計器的遞歸有源噪聲控制方法，其步驟如下：A、噪聲輸入向量的生成置于噪聲源的主麥克風(fēng)拾取出噪聲源當(dāng)前時刻n產(chǎn)生的初級噪聲值u(n)；將當(dāng)前時刻n和前L-1個時刻的L個初級噪聲值u(n),u(n-1)...,u(n-L+1)，構(gòu)成濾波器當(dāng)前時刻n的噪聲輸入向量U(n)，U(n)＝[u(n),u(n-1)...,u(n-L+1)]T；其中L＝128，是濾波器的抽頭數(shù)，上標(biāo)T代表轉(zhuǎn)置；B、權(quán)向量的生成濾波器生成當(dāng)前時刻n和前L-1個時刻的權(quán)系數(shù)w(n),w(n-1)…w(n-L+1)，并將這L個權(quán)系數(shù)構(gòu)成當(dāng)前時刻n的權(quán)向量W(n)，W(n)＝[w(n),w(n-1),...,w(n-L+1)]；當(dāng)前時刻n<129時，W(n)＝0；C、濾波器輸出值的生成濾波器根據(jù)當(dāng)前時...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙海全，蘆璐，
申請(專利權(quán))人：西南交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51