[发明专利]自适应滤波方法、自适应滤波器和噪声控制系统

说明书

本发明公开了一种自适应滤波方法、自适应滤波器和噪声控制系统。本发明的噪声控制系统包括初级传感器、误差传感器、次级声源和自适应滤波器；本发明的自适应滤波器包括自适应滤波单元和权系数更新单元；本发明的自适应滤波方法包括：自适应滤波器接收参考信号，并根据参考信号以及滤波器权系数获得输出信号，以驱动扬声器产生次级噪声信号；根据参考信号、误差传感器发送的误差信号计算预设算法的收敛步长，并利用参考信号、误差信号和确定收敛步长的预设算法更新滤波器权系数，以调整次级噪声信号的强度，直至误差信号达到预设阈值。本发明能够在噪声信号能量变化较大的背景环境下，保证算法稳定、快速地收敛，提升系统降噪效果。

技术领域

本发明涉及一种自适应滤波方法、自适应滤波器和噪声控制系统。

背景技术

自适应滤波器一直是信号处理领域的研究热点之一，经过多年的发展，其已被广泛应用于数字通信、雷达、声纳、地震学、导航系统、生物医学和工业控制等领域。

自适应算法中应用最广泛的是最小均方(Least Mean Square，LMS)算法，LMS算法是一种搜索算法，通过对目标函数进行适当的调整，简化了对梯度向量的计算。由于其计算的简单性，LMS算法和其他与之相关的算法已经广泛用于自适应滤波的各种应用中。

目前，基于变步长(Variable Step Size，VSS)LMS(简称为VSS-LMS)算法的主动噪声控制技术可以很好地解决收敛速度与误差之间的矛盾，但是目前VSS-LMS算法中收敛步长的更新方法使得VSS-LMS算法难以适应于复杂的噪声环境。例如，在只利用误差信号作为更新VSS-LMS算法中收敛步长的更新因子，会存在VSS-LMS算法收敛效果严重受到噪声能量梯度变化的影响，尤其是在噪声信号能量变化较大的背景环境下，可能引起系统发散。

发明内容

本发明提供了一种自适应滤波方法、自适应滤波器和噪声控制系统，以解决在噪声信号能量变化较大的背景环境下，仅采用误差信号作为更新因子导致LMS算法不稳定，易发散的问题。

本发明一方面提供了一种自适应滤波方法，包括：自适应滤波器接收参考信号，并根据参考信号以及滤波器权系数获得输出信号，以驱动次级声源产生次级噪声信号，其中，参考信号为初级传感器拾取初级声源产生的初级噪声信号并对初级噪声信号进行声电转换后所形成的电信号；根据参考信号、误差信号计算预设算法的收敛步长，并利用参考信号、误差信号和确定收敛步长的预设算法更新滤波器权系数，以调整次级噪声信号的强度，直至误差信号达到预设阈值，其中，误差信号为误差传感器拾取初级噪声信号以及次级噪声信号抵消后形成的信号。

本发明另一方面提供了一种自适应滤波器，包括：自适应滤波单元，用于接收参考信号，并根据参考信号以及滤波器权系数获得输出信号，以驱动次级声源产生次级噪声信号，其中，参考信号为初级传感器拾取初级声源产生的初级噪声信号并对所述初级噪声信号进行声电转换后所形成的电信号；权系数更新单元，用于根据参考信号、误差信号计算预设算法的收敛步长，并利用参考信号、误差信号和确定收敛步长的预设算法更新滤波器权系数，以调整次级噪声信号的强度，直至误差信号达到预设阈值，其中，误差信号为误差传感器拾取初级噪声信号以及次级噪声信号抵消后形成的信号。

本发明另一方面还提供了一种噪声控制系统，包括：初级传感器、误差传感器、次级声源和上述的自适应滤波器；初级传感器拾取初级声源的初级噪声信号并对初级噪声信号进行声电转换形成参考信号，将参考信号发送给所述自适应滤波器；自适应滤波器接收所述参考信号，根据参考信号以及滤波权系数形成输出信号，并驱动次级声源基于所述输出信号产生次级噪声信号；以及根据误差信号、参考信号计算预设算法的收敛步长，并利用参考信号、误差信号和确定收敛步长的所述预设算法更新滤波器权系数，以调整次级噪声信号的强度，直至误差信号达到预设阈值；误差传感器拾取由初级噪声信号以及次级噪声信号抵消后形成的误差信号，将误差信号发送给自适应滤波器。