[发明专利]基于FPGA的主动噪声控制系统模块化设计方法

说明书

本发明请求保护基于现场可编辑门阵列(FPGA)的主动噪声控制系统模块化设计方法。主要包括6个模块：白噪声信号发生器、卷积模块3、权值更新模块2、卷积模块2、权值更新模块1以及卷积模块1。本发明目的在于提高ANC系统的运算速度。创新点在于为了解决在实际的噪声环境下，最小均方(LMS)算法的收敛速度较慢，提出了基于动量最小均方(MLMS)算法主动噪声控制系统。使用1个权值更新模块和2个卷积模块实现ANC系统中动量LMS算法，为了对次级路径进行实时的建模使用1个权值更新模块和1个卷积模块实现动量LMS算法。这种模块化的ANC设计方法实现了一个快速的设计，具有快速收敛，为了提高系统的运算速度以及系统对数据的吞吐量,采用并行的处理方式进行主动噪声控制系统的设计。

技术领域

本发明属于噪声消除技术领域，尤其涉及到基于FPGA的主动噪声控制系统模块化设计方法的研究。

背景技术

噪声污染在大中型城市逐渐演变成一个亟待解决的问题，尤其是在住宅建筑和主干道距离很近的区域。长期暴露在这种噪声环境下，会对人的生理和心理造成严重的危害，一般性的噪声干扰则会影响人们的正常工作和生活。解决现代都市噪声污染的主要途径是安装全密封隔声窗以及双层玻璃窗等，这种措施在城市的高层建筑中会随着楼层的增加成本呈现指数性增长，并且只能阻挡中高频段的噪声，对低频段的噪声控制效果很差。然而在炎热的夏天或者在热带高温地区，长时间的关闭窗户又无法通风换气，这样即影响室内空气质量，又无法降低室内温度，导致室内居住舒适度降低。因此在保持足够通风条件下，研究有效的应用于高层住宅主动噪声控制(ANC)是现实中的迫切需要。

传统的通风隔声窗在针对中高频段的噪声效果显著，而针对低频段的声音效果不佳，并且造价昂贵，体积笨重。在针对低频段的噪声，主动噪声控制系统被广泛使用。

主动噪声控制系统一般采用横向自适应滤波器进行数字信号处理，由于需要快速的浮点数运算，传统上都是使用数字信号处理器(DSP)来实现。随着FPGA芯片集成度越来越高以及嵌入式数字信号处理模块的不断集成与发展，FPGA器件已经在主动噪声控制领域成为有力的竞争者。

在使用DSP进行主动噪声控制的硬件设计中，由于前期需要执行固有的软件程序，因此会降低系统的运行效率。与此相反，使用FPGA对主动噪声控制系统进行设计，由于直接是面向硬件进行设计会得到比DSP方法更高的效率。本文介绍了基于FPGA的主动噪声控制系统模块化设计方法的实现方法。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了基于FPGA的主动噪声控制系统模块化设计方法。本发明的技术方法如下：

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，为了解决这个问题对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)；