基于最大熵的有源噪声控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于最大熵的有源噪声控制方法，其步骤主要是：A、噪声输入向量的生成，将当前时刻n和前L‑1个时刻的L个初级噪声值u(n),u(n‑1)...,u(n‑L+1)，构成滤波器当前时刻n的噪声输入向量；B、权向量的生成，滤波器生成当前时刻n和前L‑1个时刻的权系数w(n),w(n‑1)…w(n‑L+1)；C、滤波器根据当前时刻n的权系数向量对当前时刻n的噪声输入向量U(n)进行滤波得到当前时刻输出到扬声器的输出值D、误差信号最大熵的获得；E、核宽度更新；F、权向量更新；G、令n＝n+1,重复上述步骤,直至迭代结束。本发明专利技术方法的收敛速度快，对各种冲击噪声控制消除能力强，残差小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自适应有源噪声控制方法。
技术介绍
随着工业的不断发展，噪声问题越来越严重。引擎，压缩机等自动化设备会产生噪声，电子设备也会产生噪声。这些噪声既可能对通信或自动控制系统造成干扰，也会引起损害人的健康。对噪声的抑制或控制，目前有被动噪声控制和有源(主动)噪声控制两种方法。传统的被动噪声控制方法有隔离，增添障碍物，消声器等方法。这些方法造价昂贵，并且对于低频噪声往往没有效果。相比之下，主动噪声控制(Active noise control,ANC)系统，由于其较低的成本，且有效的去噪能力(尤其是低频噪声)，近年来得到了广泛的关注。有源噪声控制系统消除噪声的主要原理是由控制器产生一个与原始噪声幅度、频率相同，但相位相反的噪声，从而达到消除噪声的目的。在一个主动噪声控制系统中，主麦克风用于拾取噪声源的原始噪声(初级噪声)，控制器通常是一个自适应滤波器，自适应滤波器对噪声信号滤波后通过扬声器输出一个反向噪声(次级噪声)；误差麦克风用于拾取噪声消除点的残差信号(初级噪声与次级噪声抵消后的误差信号)，该残差信号用于主动噪声控制器的修正。从噪声源到噪声消除点的路径称为主级通路，噪声源经控制器到扬声器的路径称为次级通路。自适应有源噪声控制方法中，滤波-x最小均方(FxLMS)算法以其良好的鲁棒性和简单的结构得到了最为广泛的应用。然而，当初级噪声为α稳定分布的冲击噪声时，FxLMS算法会产生不收敛的情况。为了避免这一缺陷，一些改进方法被相继提出，较成熟的方法有以下两种：(1)滤波p范数(FxLMP)方法文献1“Leahy R,Zhou Z,Hsu YC.Adaptive filtering of stable processes for active attenuation of impulsive noise.in:Proceedings of the 1995International Conference on Acoustics,Speech,and Signal Processing,vol.5；1995.p.2983‐2986.)该方法是将p范数LMP算法引入有源噪声控制系统中，提高算法在冲击噪声下的稳定性，一定程度上提高了算法收敛速度。但是该方法某些强冲击噪声下仍然不够稳定。(2)鲁棒FxLMS(RFxLMS)方法文献2“George NV,Panda G.A robust filtered-s LMS algorithm for nonlinear active noise control.Appl.Acoust.2012；73(8):836–41.”。该文献提出了一种鲁棒的FxLMS消除方法。提高了算法在大部分情况下的稳定性，但是该算法具有较大的残差。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的就是提供一种基于最大熵的有源噪声控制方法，该方法对冲击噪声的消除效果好，收敛速度快，残留误差小。本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是，一种基于最大熵的有源噪声控制方法，其步骤如下：A、噪声输入向量的生成主麦克风拾取出噪声源当前时刻n产生的初级噪声值u(n)；将当前时刻n和前L-1个时刻的L个初级噪声值u(n),u(n-1)...,u(n-L+1)，构成滤波器当前时刻n的噪声输入向量U(n)，U(n)＝[u(n),u(n-1)...,u(n-L+1)]T；其中L＝128，是滤波器的抽头数，上标T代表转置；B、权向量的生成，滤波器生成当前时刻n和前L-1个时刻的权系数w(n),w(n-1)...w(n-L+1)，并将这L个权系数构成当前时刻n的权系数向量W(n)，W(n)＝[w(n),w(n-1),...,w(n-L+1)]；当前时刻n<129时，W(n)＝0；C、滤波器根据当前时刻n的权系数向量W(n)对当前时刻n的噪声输入向量U(n)进行滤波得到当前时刻输出到扬声器的输出值其中符号*代表卷积运算，s表示噪声源经滤波器到扬声器的次级通路的脉冲响应；D、误差信号最大熵的获得误差麦克风拾取出噪声消除点在当前时刻n的声音信号，即当前时刻n的残差信号e(n)；滤波器据以算出当前时刻n的残差信号e(n)的最大熵ψ(n)，ψ(n)＝exp{-e2(n)/2σ2(n)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最大熵的有源噪声控制方法，其步骤如下：A、噪声输入向量的生成主麦克风拾取出噪声源当前时刻n产生的初级噪声值u(n)；将当前时刻n和前L‑1个时刻的L个初级噪声值u(n),u(n‑1)...,u(n‑L+1)，构成滤波器当前时刻n的噪声输入向量U(n)，U(n)＝[u(n),u(n‑1)...,u(n‑L+1)]T；其中L＝128，是滤波器的抽头数，上标T代表转置；B、权向量的生成，滤波器生成当前时刻n和前L‑1个时刻的权系数w(n),w(n‑1)…w(n‑L+1)，并将这L个权系数构成当前时刻n的权系数向量W(n)，W(n)＝[w(n),w(n‑1),...,w(n‑L+1)]；当前时刻n<129时，W(n)＝0；C、滤波器根据当前时刻n的权系数向量W(n)对当前时刻n的噪声输入向量U(n)进行滤波得到当前时刻输出到扬声器的输出值其中符号*代表卷积运算，s表示噪声源经滤波器到扬声器的次级通路的脉冲响应；D、误差信号最大熵的获得误差麦克风拾取出噪声消除点在当前时刻n的声音信号，即当前时刻n的残差信号e(n)；滤波器据以算出当前时刻n的残差信号e(n)的最大熵ψ(n)，ψ(n)＝exp{‑e2(n)/2σ2(n)}；其中，exp表示指数运算，σ(n)为当前时刻n的高斯核函数的核宽度值；当前时刻n<129时，σ(n)＝0。E、核宽度更新计算残差信号e(n)的下一时刻递归预测变化量e′(n+1)，其中Nw为预测窗口长度，其取值为2～5；当前时刻n<129时，e′(n)＝0；下一时刻(n+1)高斯核函数的核宽度值σ(n+1)由以下递归公式得到：σ2(n+1)=σ2(n)+{1Nw[e(n)-e(n-Nw+1)]}2+1Nw[e(n)-e′(n+1)]2-1Nw[e(n-Nw+1)-e′(n+1)]2.]]>F、权向量更新滤波器生成当前时刻n的增益向量Φ(n)，Φ(n)=ψ(n)F(n)(s*U(n))λ+ψ(n)(s*U(n))TF(n)(s*U(n))]]>式中，λ表示遗忘因子，其取值范围为0.9～1之间；F(n)为当前时刻n的递归矩阵，其大小为L×L，当前时刻n<129时，F(n)＝0；下一时刻n+1的递归矩阵F(n+1)，由公式F(n+1)＝λ‑1+F(n)‑λ‑1Φ(n)(s*U(n))TF(n)得到；滤波器算出下一时刻(n+1)的权向量W(n+1)，W(n+1)＝W(n)+Φ(n)e(n)G、迭代令n＝n+1,重复A、B、C、D、E、F的步骤,直至噪声控制结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于最大熵的有源噪声控制方法，其步骤如下：A、噪声输入向量的生成主麦克风拾取出噪声源当前时刻n产生的初级噪声值u(n)；将当前时刻n和前L-1个时刻的L个初级噪声值u(n),u(n-1)...,u(n-L+1)，构成滤波器当前时刻n的噪声输入向量U(n)，U(n)＝[u(n),u(n-1)...,u(n-L+1)]T；其中L＝128，是滤波器的抽头数，上标T代表转置；B、权向量的生成，滤波器生成当前时刻n和前L-1个时刻的权系数w(n),w(n-1)…w(n-L+1)，并将这L个权系数构成当前时刻n的权系数向...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海全，芦璐，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51