[发明专利]一种基于动量FxLMS算法的主动噪声控制系统

说明书

本发明请求保护一种基于动量FxLMS算法的主动噪声控制系统。主要包括5个模块：噪声信号滤波模块(1)、动量FxLMS算法模块(2)、次级通道建模模块(3)、白噪声产生器模块(4)及主通道路径模块(5)。本发明目的在于提高ANC系统的收敛速度。创新点在于针对噪声信号功率谱密度的不平坦造成传统FxLMS算法在室内噪声消除应用中控制滤波器的收敛速度会受到极大的影响，提出采用动量FxLMS算法(传统LMS算法中增加一个由于权系数增加的动量项)来更新控制滤波器的权值，从而加速梯度下降，使抽头系数均值收敛得更快更平稳。该结构具有收敛速度快和结构简单等特点。

技术领域

本发明属于噪声消除技术领域，尤其涉及到一种基于动量FxLMS算法的对低频噪声消除的主动噪声控制系统(ANC)中次级通道建模方法的研究。

背景技术

近年来，由于人均机动车保有量的增加，随之而来的交通噪声的危害也越来越严重在一些大中型城市尤为严重，声学噪声逐渐对人们的身体健康以及生活质量危害越来越高。传统的噪声控制主要以噪声的声学控制为主，主要的技术手段包括吸声处理、隔声处理、使用消声器、振动的隔离与降低等。这些噪声控制方法的机理在于使噪声声波与声学材料或结构相互作用而消耗声能，从而达到降噪的目的，属于无源控制的方法，称为“无源”噪声控制。总体上讲，无源控制的方法对降低中高频噪声较为有效，而对降低低频噪声的作用不大。而主动噪声控制(ANC)对低频噪声却有着很好的降噪效果^[1]，因此受到了很大的关注。

ANC作为噪声消除中的重要组成部分，其设计中所面临的主要挑战与ANC系统的收敛时间有关。而传统的FxLMS算法使用的是LMS算法来更新控制滤波器的权值，由于输入信号的自相关矩阵的特征值分散的问题会导致LMS算法慢的收敛模式，为此对控制滤波器采用动量LMS算法对控制滤波器的权值进行更新。次级通道(从噪声控制滤波器的输出到误差传感器测量残余噪声的路径)的存在会导致标准最小均方(LMS)算法的不稳定性，并且次级通道路径是随时间变化或非线性的，这又会导致ANC系统降噪性能的下降或发散。因此为了确保ANC系统的收敛，需要对次级通道路径进行建模，以跟踪次级路径的变化，从而提高ANC系统降噪性能的稳定性。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种利用在传统的LMS算法中引入一个由于权系数相关的动量项，来降低整个ANC系统的收敛时间，实现了整个ANC系统更快的收敛速度的方法。本发明的技术方案如下：

一种基于动量FxLMS)算法的主动噪声控制系统，其包括：

噪声信号滤波模块、动量FxLMS算法模块、次级通道建模模块、白噪声产生器模块及主通道路径模块，其中

噪声信号滤波模块，用于通过次级通道模拟滤波器对初始参考噪声信号x(n)进行滤波，产生滤波信号x’(n)进而注入到ANC系统主控制自适应滤波器中，成为主通道自适应滤波器的输入信号；

动量FxLMS算法模块，用于对经过滤波器过滤的信号采用动量FxLMS算法，更新控制滤波器W(z)的权系数，控制滤波器W(z)分别与噪声源、滤波器和动量FxLMS算法模块相连接，原始的噪声信号通过控制滤波器输出y(n)，y(n)与白噪声产生器产生的白噪声相加，再经过次级通道产生抗噪信号y’(n)，抗噪信号y’(n)与主路径的噪声d(n)相结合以减少误差传感器周围的声压；

次级通道建模模块(3)，用于对次级通道进行实时的建模，包括次级通道路径S(z)、次级建模滤波器VSS-LMS算法模块，S(z)表示次级声源与误差传感器之间的声学响应，S(z)用于模拟ANC系统次级通道的路径函数，次级建模滤波器VSS-LMS算法模块用于更新次级通道建模滤波器的抽头系数；白噪声发生器产生一组随机信号v(n)，v(n)通过次级路径产生建模信号v’(n)，另外一端v(n)通过建模滤波器产生建模信号v’(n)，参与误差信号e(n)与建模信号做差产生误差信号f(n)。f(n)作为动量LMS算法和VSS-LMS算法的误差信号；