[发明专利]基于FPGA的主动噪声控制系统模块化设计方法

权利要求书

1.基于FPGA的主动噪声控制系统模块化设计方法，用于FPGA开发板，其特征在于，包括：白噪声信号发生器、第一卷积模块、第一权值更新模块、第二卷积模块、第二权值更新模块以及第三卷积模块；所述白噪声信号发生器分别和第一卷积模块、第一权值更新模块相连接，所述第一权值更新模块和第二卷积模块相连接，第二卷积模块和第一卷积模块还均与第二权值更新模块相连接，所述第二权值更新模块和第三卷积模块相连接，噪声源的输入信号分别与第三卷积模块、第二卷积模块相连接；

白噪声发生器模块：用于产生高斯白噪声v_n(n)，v_n(n)在次级路径中注入输入信号与噪声源产生不想关的信号，为了解决这个问题使用白噪声发生器对次级路径产生白噪声信号；

第一卷积模块：用于对输入的信号高斯白噪声v_n(n)经过实权值为N的FIR滤波器S_n(n)进行滤波得到建模滤波器的输出信号，生成v′(n)＝s(n)*v(n)；

第一权值更新模块：用于输入高斯白噪声信号v_n(n)，输入重构的误差信号f(n)＝e(n)-v′(n)，相乘得到f_n(n)v_n(n)，进行移位计算后得到与S_n(n)相累加，将累加后的结果与α(S_n(n)-S_n-1(n))得到更新后的权系数S_n(n+1)，α代表动量因子，|α|＜1；第一权值更新模块对次级路径S(z)进行估计从而得到滤波器的权系数；

第二卷积模块：用于对参考噪声信号进行滤波得到

第二权值更新模块：对控制滤波器W(z)的权值进行更新，输出更新后W(z)的权值，具体包括：输入高斯白噪声信号x′_n(n)，输入误差信号f_n(n)相乘得到f_n(n)x′_n(n)，x′_n(n)代表噪声源x_n(n)信号通过建模滤波器得来的滤波信号，进行移位计算后得到与w_n(n)相累后的结果与动量项α(w_n(n)-w_n-1(n))相加得到更新后的权系数S_n(n+1)，α代表动量因子，|α|＜1；

第三卷积模块：对参考噪声信号进行滤波y(n)＝w(n)*x(n)，滤波后的信号y(n)与白噪声信号v(n)相叠加从而得出抗噪声信号y(n)-v(n)。

2.根据权利要求1所述基于FPGA的主动噪声控制系统模块化设计方法，其特征在于，将动量LMS(MLMS)算法的主动噪声控制系统分为五个模块化的设计，三个相同的卷积模块，两个权值更新模块，这种设计方法使得提高了整个系统的运算速度，减少了系统设计的周期，提高了系统的吞吐量。

3.根据权利要求1所述基于FPGA的主动噪声控制系统模块化设计方法，其特征在于，动量LMS算法在原有的LMS算法上添加了动量项：

W(n+1)＝W(n)-2μe(n)x′(n)+α[W(n)-W(n-1)]

其中α为动量因子，|α|＜1，引入的动量项目可以使得权系数收敛的更快、更平稳的作用。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的主动噪声控制系统模块化设计方法，其特征在于，抗噪声信号数据可以根据如下公式反映出其降噪性能的大小和次级通道建模的精确度：

其中R：ANC系统的降噪性能的好坏；e(n)：ANC系统主控制自适应滤波器的误差函数；d(n)：ANC系统主控制自适应滤波器的期望信号；ΔS：ANC系统中次级通道建模的精确度大小；S_i(n)：ANC系统中实际次级通道的路径函数；ANC系统中模拟次级通道的路径函数。

5.根据权利要求1或2所述的基于FPGA的主动噪声控制系统模块化设计方法，其特征在于，所述次级路径在线更新自适应滤波器用来对信道S(z)进行建模，其中使用动量LMS算法进行权系数的更新，us为的步长参数，建模滤波器的误差信号主要噪声d(n)＝p(n)*x(n)，抗噪声信号y′(n)＝s(n)*y(n)，y(n)＝w(n)*x(n)是滤波器W(z)的输出信号，v′(n)＝s(n)*v(n)是白噪声信号v(n)通过建模滤波器的输出信号，v(n)是用于建模的输入信号加性白噪声，*代表线性卷积，P(z)，S(z)和W(z)的单位脉冲响应分别表示为p(n)，s(n)，w(n)，其中主动噪声控制滤波器W(z)使用动量LMS算法进行权值的更新，u_w为W(z)的迭代步长，是参考信号x(n)通过滤波而来，g(n)＝e(n)＝[d(n)-y′(n)+v′(n)]为控制滤波器W(z)的误差信号。