一种抑制窄带主动噪声控制中频率不匹配的方法与流程
本发明属于主动噪声控制技术领域，特别涉及了一种抑制窄带主动噪声控制中频率不匹配的方法。
背景技术：
传统被动噪声控制方法主要用于控制高频信号，主动噪声控制(ANC，Active Noise Control)技术与之相比在低频具有较好的性能，且控制器尺寸小，适合用于控制周期或近似周期的低频正弦型窄带噪声信号，是传统被动噪声控制方法不可或缺的有利补充。
目标窄带噪声的频率较低，通常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系统中，为了避免声反馈，一般使用非声学传感器测得噪声频率，再由该同步频率获得参考信号以进行后续处理。
而非声学传感器由于长期运行，元件老化等原因，所测得的同步频率与目标噪声的真实频率之间往往存在误差，即产生了频率不匹配。频率不匹配对于窄带主动噪声控制系统的影响是致命的，噪声抑制效果将严重下降。
技术实现要素：
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种抑制窄带主动噪声控制中频率不匹配的方法，有效抑制窄带ANC系统的目标噪声，且计算量小、收敛速度快。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种抑制窄带主动噪声控制中频率不匹配的方法，包括以下步骤：
(1)在给定失真频率初始值条件下，采用AR模型自动跟踪目标噪声频率，并产生余弦型参考信号和正弦型参考信号；
(2)采用第一自适应FLANN滤波器对余弦型参考信号及其延迟信号进行处理，得到由余弦型参考信号产生的次级源信号；采用第二自适应FLANN滤波器对正弦型参考信号及其延迟信号进行处理，得到由正弦型参考信号产生的次级源信号；
(3)步骤(2)产生的两种次级源信号叠加后形成次级源合成信号，次级源合成信号经过次级通道后生成次级噪声信号；
(4)次级噪声信号与目标噪声信号进行相消叠加，得到残余噪声信号；
(5)采用步骤(3)所述次级通道的估计模型处理余弦型参考信号和正弦型参考信号，分别得到滤波-X余弦型参考信号和滤波-X正弦型参考信号；
(6)将滤波-X余弦型参考信号和残余噪声信号输入到FXLMS算法中，更新第一自适应FLANN滤波器的权值参数；将滤波-X正弦型参考信号和残余噪声信号输入到另一个FXLMS算法中，更新第二自适应FLANN滤波器的权值参数；将滤波-X余弦型参考信号、滤波-X正弦型参考信号以及残余噪声信号输入到LMS算法中，更新AR模型的自适应参数，从而使产生的次级噪声信号有效地抑制目标噪声信号。
进一步地，在步骤(1)中，得到的余弦型参考信号的表达式如下：
xa(0)＝a,
xa(1)＝a cos(ω),
xa(n)＝-c(n)xa(n-1)-xa(n-2),n≥2
其中，xa(0)、xa(1)、xa(n-2)、xa(n-1)、xa(n)分别为余弦型参考信号的第0次、第1次、第n-2次、第n-1次、第n次的更新值，ω为通过非声学传感器获得的失真的噪声频率；
正弦型参考信号的表达式如下：
xb(0)＝b,
xb(1)＝b sin(ω),
xb(n)＝-c(n)xb(n-1)-xb(n-2),n≥2
其中，xb(0)、xb(1)、xb(n-2)、xb(n-1)、xb(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n次的更新值；
c(n)为AR模型的自适应参数的第n次更新值，其初始值为c(0)＝c(1)＝-2cos(ω)。
进一步地，在步骤(3)中，所述次级源合成信号y(n)的表达式如下：
xa(n)＝[xa(n),xa(n-1),...,xa(n-N+1)]T，
xb(n)＝[xb(n),xb(n-1),...,xb(n-N+1)]T
其中，wa(n)为第一自适应FLANN滤波器权值的第n次更新值，分别为第一自适应FLANN滤波器的第1个，第2个，…，第N个权值，xa(n)为余弦型参考信号xa(n)的第n次更新值经过N-1次延时器延时形成的N维向量；wb(n)为第二自适应FLANN滤波器权值的第n次更新值，分别为第二自适应FLANN滤波器的第1个，第2个，…，第N个权值，xb(n)为正弦型参考信号xb(n)的第n次更新值经过N-1个延时器延时形成的N维向量。
进一步地，在步骤(4)中，所述残余噪声信号e(n)的表达式如下：
e(n)＝p(n)-ys(n)
其中，p(n)为目标噪声信号，它是窄带源噪声经线性初级通道传播后在相消点形成的噪声，ys(n)为次级噪声信号。
进一步地，目标噪声信号p(n)的表达式如下：
p(n)＝apcos(ωpn)+bpsin(ωpn)+vp(n)
其中，ap、bp为离散傅里叶系数，ωp为目标噪声频率，vp(n)为加性环境噪声。
进一步地，在步骤(6)中，更新第一、第二自适应FLANN滤波器的权值参数的表达式如下：
更新AR模型的自适应参数的表达式如下：
其中，为第一自适应FLANN滤波器第k+1个权值的第n次，第n+1次更新值，为第二自适应FLANN滤波器第k+1个权值的第n次，第n+1次更新值；为滤波-X余弦型参考信号经过k个延时器延时后所得信号的第n次更新值，为滤波-X正弦信号经过k个延时器延时后所得信号的第n次更新值；为滤波-X余弦型参考信号的第n-1次更新值，为滤波-X正弦型参考信号的第n-1次更新值；μ为FLANN滤波器权值的更新步长因子，μc为AR模型参数的更新步长因子。
进一步地，步骤(3)所述次级通道S(z)和步骤(5)所述次级通道的估计模型是由FIR滤波器构成，它们的表达式如下：
其中，M、为FIR滤波器的长度。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明能有效应对窄带主动噪声控制中25％以内的频率不匹配量，所用到的权值数目少且系统收敛速度快。
附图说明
图1是本发明的基本流程图。
图2是本发明的结构框架图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种抑制窄带主动噪声控制中频率不匹配的方法，如图1、图2所示，具体步骤如下：
步骤1：在给定失真频率初始值条件下，采用AR模型自动跟踪目标噪声频率，并产生余弦型参考信号和正弦型参考信号。
余弦型参考信号的表达式如下：
xa(0)＝a,
xa(1)＝a cos(ω),
xa(n)＝-c(n)xa(n-1)-xa(n-2),n≥2
其中，xa(0)、xa(1)、xa(n-2)、xa(n-1)、xa(n)分别为余弦型参考信号的第0次、第1次、第n-2次、第n-1次、第n次的更新值；
正弦型参考信号的表达式如下：
xb(0)＝b,
xb(1)＝b sin(ω),
xb(n)＝-c(n)xb(n-1)-xb(n-2),n≥2
其中，xb(0)、xb(1)、xb(n-2)、xb(n-1)、xb(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n次的更新值；
c(n)为AR模型的自适应参数的第n次更新值，其初始值为c(0)＝c(1)＝-2cos(ω)。
步骤2：采用第一自适应FLANN滤波器对余弦型参考信号及其延迟信号进行处理，得到由余弦型参考信号产生的次级源信号；采用第二自适应FLANN滤波器对正弦型参考信号及其延迟信号进行处理，得到由正弦型参考信号产生的次级源信号。
步骤3：步骤2产生的两种次级源信号叠加后形成次级源合成信号，次级源合成信号经过次级通道后生成次级噪声信号。次级源合成信号y(n)的表达式如下：
xa(n)＝[xa(n),xa(n-1),...,xa(n-N+1)]T，
xb(n)＝[xb(n),xb(n-1),...,xb(n-N+1)]T
其中，wa(n)为第一自适应FLANN滤波器权值的第n次更新值，分别为第一自适应FLANN滤波器的第1个，第2个，…，第N个权值，xa(n)为余弦型参考信号xa(n)的第n次更新值经过N-1次延时器延时形成的N维向量；wb(n)为第二自适应FLANN滤波器权值的第n次更新值，分别为第二自适应FLANN滤波器的第1个，第2个，…，第N个权值，xb(n)为正弦型参考信号xb(n)的第n次更新值经过N-1个延时器延时形成的N维向量。
上述次级源合成信号y(n)经过次级通道S(z)，输出次级噪声信号ys(n)。次级通道S(z)是由FIR滤波器构成，即：
则，
步骤4：次级噪声信号与目标噪声信号进行相消叠加，得到残余噪声信号：
其中，目标噪声信号p(n)是窄带源噪声经由线性初级通道传播后在相消点形成的噪声，可表示为p(n)＝apcos(ωpn)+bpsin(ωpn)+vp(n)，ap、bp为离散傅里叶系数，ωp为目标噪声频率，vp(n)为加性环境噪声。
步骤5：采用步骤3所述次级通道的估计模型处理余弦型参考信号和正弦型参考信号，分别得到滤波-X余弦型参考信号和滤波-X正弦型参考信号。
步骤6：将滤波-X余弦型参考信号和残余噪声信号输入到FXLMS算法中，更新第一自适应FLANN滤波器的权值参数；将滤波-X正弦型参考信号和残余噪声信号输入到另一个FXLMS算法中，更新第二自适应FLANN滤波器的权值参数；将滤波-X余弦型参考信号、滤波-X正弦型参考信号以及残余噪声信号输入法到LMS算法中，更新AR模型的自适应参数，从而使产生的次级噪声信号有效地抑制目标噪声信号。
更新第一、第二自适应FLANN滤波器的权值参数的表达式如下：
更新AR模型的自适应参数的表达式如下：
其中，为第一自适应FLANN滤波器第k+1个权值的第n次，第n+1次更新值，为第二自适应FLANN滤波器第k+1个权值的第n次，第n+1次更新值；为滤波-X余弦型参考信号经过k个延时器延时后所得信号的第n次更新值，为滤波-X正弦信号经过k个延时器延时后所得信号的第n次更新值；为滤波-X余弦型参考信号的第n-1次更新值，为滤波-X正弦型参考信号的第n-1次更新值；μ为FLANN滤波器权值的更新步长因子，μc为AR模型参数的更新步长因子。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
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