窄带前馈主动噪声控制系统及目标噪声抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了窄带前馈主动噪声控制系统及目标噪声抑制方法，属于窄带主动噪 声控制（ANC，Active Noise Control)的技术领域。
【背景技术】
[0002] 主动噪声控制方法相对被动噪声控制方法具有低频特性好，控制器尺寸小等优 势，非常适用于周期或者近似周期的低频正弦型窄带噪声的抑制。这种窄带噪声往往是由 旋转设备或具有往复运动的装置产生。在窄带主动噪声控制中，为避免声反馈，噪声频率往 往通过非声学传感器直接或间接测得，根据所测同步频率，再经信号发生器产生同频率的 正弦型参考信号提供给控制滤波器产生用于抵消目标噪声的次级噪声。
[0003] 由于非声学传感器长时间运行、老化等原因，所测同步频率与目标噪声真实频率 之间将存在误差，即产生了频率不匹配现象。这时，窄带主动噪声控制系统将难以有效应 对，噪声抑制效果严重下降。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了窄带前馈主动噪 声控制系统及目标噪声抑制方法，实现了窄带主动噪声控制系统在存在频率不匹配时能够 跟踪目标噪声频率，解决了窄带前馈ANC系统在应对频率不匹配时计算量较大、收敛速度 较慢的技术问题。
[0005] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
[0006] 窄带前馈主动噪声控制系统，包括：频率跟踪及参考信号产生模块、参考信号延迟 模块、第一幅值相位调节模块、第二幅值相位调节模块、第一累加模块、次级通道、第二累加 模块、第一参数调节模块、第二参数调节模块、第三参数调节模块，其中，
[0007] 频率跟踪及参考信号产生模块：输出端与参考信号延迟模块输入端、第一幅值相 位调节模块输入端连接，采用AR模型在非声学传感器采集的同步频率下跟踪目标噪声的 频率并生成正弦型参考信号，输出正弦型参考信号给参考信号延迟模块、第一幅值相位调 节模块；
[0008] 参考信号延迟模块：输出端与第二幅值相位模块输入端连接，输出延迟参考信号 给第二幅值相位调节模块；
[0009] 第一累加模块：一个输入端接第一幅值相位调节模块输出端，另一个输入端接第 二幅值相位调节模块输出端，输出端接次级通道输入端，接收第一幅值相位调节模块输出 的一部分次级源信号与第二幅值相位调节模块输出的另一部分次级源信号后输出次级源 合成信号给次级通道；
[0010] 第二累加模块：一个输入端接次级通道输出端，另一个输入端接目标噪声信号，接 收目标噪声信号和次级通道输出的次级噪声信号后输出残余噪声信号；
[0011] 第一参数调节模块：一个输入端接正弦型参考信号的滤波信号，另一个输入端接 残余噪声信号，输出第一幅值相位调节模块的参数更新值；
[0012] 第二参数调节模块：一个输入端接延迟参考信号的滤波信号，另一个输入端接残 余噪声信号，输出第二幅值相位调节模块的参数更新值；
[0013] 第三参数调节模块：一个输入端接正弦型参考信号的滤波信号，另一个输入端接 残余噪声信号，输出频率跟踪及参考信号产生模块的自适应参数更新值。
[0014] 进一步的，所述窄带主动噪声控制系统中，第一幅值相位调节模块为第一 FIR滤 波器，第二幅值相位调节模块为第二FIR滤波器。
[0015] 再进一步的，所述窄带主动噪声控制系统中，第一参数调节模块、第二参数调节模 块、第三参数调节模块均采用LMS算法更新参数。
[0016] 更进一步的，所述窄带主动噪声控制系统中，目标噪声信号由窄带噪声源经过线 性初级通道传播在相消点产生的窄带噪声与环境随机噪声的叠加生成。
[0017] 目标噪声抑制方法，采用所述系统实现，包括如下步骤：
[0018] A.参考信号的获取：频率跟踪及参考信号产生模块在非声学传感器采集的同步 频率下产生正弦型参考信号，参考信号延迟模块处理正弦型参考信号得到延迟参考信号；
[0019] B.次级源合成信号的获取：第一 FIR滤波器对正弦型参考信号进行幅值相位调节 得到一部分次级源信号，第二FIR滤波器对延迟参考信号进行幅值相位调节得到另一部分 次级源信号，一部分次级源信号、另一部分次级源信号经第一累加器叠加后得到次级源合 成信号；
[0020] C.抑制目标噪声信号：次级源合成信号经过次级通道生成次级噪声信号，次级噪 声信号与目标噪声信号经过第二叠加器的叠加相消得到残余噪声信号；
[0021] D.更新参数：采用次级通道估计模型处理正弦型参考信号、延迟参考信号以获取 滤波-X参考信号、滤波-X延迟参考信号，第一参数调节模块根据滤波-X参考信号、残余噪 声信号更新第一 FIR滤波器的权值，第二参数调节模块根据滤波-X延迟参考信号、残余噪 声信号更新第二FIR滤波器的权值，第三参数调节模块根据滤波-X参考信号、残余噪声信 号更新频率跟踪及参考信号产生模块的自适应参数。
[0022] 进一步的，所述目标噪声抑制方法中，步骤A产生的正弦型参考信号为：
[0023] Xi (n) = -Ci (n) Xi (n-1) -Xi (n_2)，n ^ 2
[0024] X1 (0) = a,
[0025] Xi(I) =a; cos (Oi(O))+!^ sin^JO))，其中，
[0026] X1(O)、X1(I)、X1 (n-2)、X1 (n-1)、X1 (n)分别为正弦型参考信号的第0次、第1次、第 n-2次、第n-1次、第η次更新值，C1 (η)为自适应参数的第η次更新值，Coi(O)为非声学传 感器测得的同步频率，自适应参数初始值C 1(O) :Cl(0) =Ic0S(COi(O))c3
[0027] 再进一步的，所述目标噪声抑制方法中，步骤B获取的一部分次级源信号.V广 以及另一部分次级源信号分别为：
[0028]
[0029] 〇)、/^(π)为第一 FIR滤波器权值的第η次更新值，Xl(n-l)、Xl(n)为正弦型 参考信号的第n-1次、第η次更新值，/^f1 为第二FIR滤波器权值的第η次更 新值，Xi (n-k-1)、Xi (n-k)为延迟参考信号的第η-1次、第η次更新值。
[0030] 更进一步的，所述目标噪声抑制方法，步骤C中所述的目标噪声ρ(η)为：
[0031]
[0032] q为目标噪声中频率成分数量，aPil、bPil为离散傅里叶系数，X1, 〇)为余弦信号分 量，％ (?)为正弦信号分量，?) = COS% ')，'⑷=sin(6^.?)，ω p, i为目标噪声信号频 率，Vp (η)为环境随机噪声。
[0033] 作为所怵H标嚙亩抑制方法的讲一击优化方案，步骤D中第一 FIR滤波器权值 的更新方程为 1 :，第二FIR滤波器权值的更新方程为： n; {r I} = ηη卞-])
，·频率跟踪及参考信号产生模块自适应参数的更新 D 方程为：％(? +1)("-1).，其中，
[0034] C (n + i)、/$> +1)为第一 FIR滤波器权值的第η+1次更新值，〇 + 1)、 + 为第二FIR滤波器权值的第η+1次更新值，1)、. ?,(Η)为滤波-X参考信号 的第η-1次、第η次更新值，U、天.(/7-々)为滤波-X延迟参考信号的第η-1次、第 η次更新值，P1为正弦型参考信号以及延迟参考信号的更新系数，義..为自适应参数的更新 系数。
[0035] 本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
[0036] (1)频率跟踪及参考信号产生模块利用了自适应陷波滤波器跟踪噪声目标的频 率，能有效跟踪目标噪声频率并产生与目标噪声相关的正弦型参考信号；
[0037] (2)增加的参考信号延迟模块以及第二幅值相位模块生成的部分次级源，和参考 信号经幅值相位调节得到的部分次级源经叠加相消产生能量最小的残余噪声，以较少的计 算量提升系统收敛速度；
[0038] (3)参考延迟信号模块、幅值相位调节模块的引入影响了采用AR模型频率跟踪及 参考信号产生模块的参数更新，能够使整个系统应对的频率不匹配量高达10%以上，且在 实际的主动噪声控制器中易于实现；
[0039] (4)目标噪声抑制方法通过简单并行扩展，易于实现多频率通道下的频率不匹配 应对，达到有效抑制窄带噪声