一种空间降噪系统中主通道时延估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空间降噪系统中主通道时延估计方法，包括以FxLMS算法的频域通道拟合模块以及采用相关法时延估计的时域通道拟合模块，相关法时延估计部分为将参考传声器处的原始噪声与误差传感器处的噪声做时延估计，并将得到的主通道时延返回给系统输出链路，保证输出波形的同步。本发明专利技术沿用传统FxLMS算法作为主框架，并在其基础上加入相关法时延估计，通过估计主通道时延并反馈给系统，使得系统具备对主通道的追踪能力。

【技术实现步骤摘要】
一种空间降噪系统中主通道时延估计方法
本专利技术涉及空间降噪系统
，特别涉及到一种空间降噪系统中主通道时延估计方法。
技术介绍
噪声控制技术近年来受到广泛研究，对于一定体积且信道复杂的噪音设备，可在一定空间内采用主动噪声控制。采用若干次级声源、参考传声器以及误差传感器包裹目标区域，利用次级声源输出与原有噪声频率相同、相位相反的声波与原有的噪声抵消，达到空间内噪声降低的目的。以上便是现有的空间降噪技术的基本原理。目前空间降噪技术已在空调柜机、汽车发动机、电力变压器等中大型噪音设备上有了一定的研究与应用，在实际测试中可以很大程度上拟合1000Hz以下的低频噪声，取得了一定的降噪效果。现有的空间降噪技术需要多个次级声源、参考传声器以及误差传感器，各个单元间的协调问题是目前研究的重点。参考传声器与误差传感器间所构成的物理通道成为主通道，系统传递函数对主通道的拟合程度决定了系统输出与原始噪声抵消后的剩余能量的大小。对于系统传递函数的拟合，目前的研究一般采用FxLMS(滤波x最小均方误差)算法以获取主通道的频率响应，但是均未考虑实际应用场景下在主通道与次级通道的时延差对系统的影响。在理想状态下，主通道与次级通道的传输时延差为零，使得次级声源处的系统输出与原始噪声在时域上保持一致，降噪量将完全取决于系统对主通道的估计精度。实际场景下时延差往往达到若干扫描周期，使得抵消波形与原始噪声无法保持时域上的同步。同时，降噪目标区域或伴随一定的机械振动，或在使用过程中受到人为影响，参考传声器与次级声源间的相对位置可能发生变化，致使该时延差无法视作常量或先验获取。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种空间降噪系统中主通道时延估计方法，以解决上述问题。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种空间降噪系统中主通道时延估计方法，包括以FxLMS算法的频域通道拟合模块以及采用相关法时延估计的时域通道拟合模块，相关法时延估计部分为将参考传声器处的原始噪声与误差传感器处的噪声做时延估计，并将得到的主通道时延返回给系统输出链路，保证输出波形的同步。进一步的，系统输入参考传声器采集到的噪声信号x(n），经过主通道传递函数P(z)后形成误差传感器处输入的原始噪声信号d(n-D)，其中D表示该信号相较于x(n)的时延所对应的采样点数；x(n)输入序列延时n个采样间隔形成Z-n，而后t时刻输入的两路序列做相关运算Rxd(t)；Tc表示系统估计时延的最大范围，根据实际场景决定，对于同一时刻不同估计时延所对应的相关矩阵Rxd(t)，选取最大值反馈给次级通路的延时器Z-n，W(n)为噪声抵消部分的自适应滤波器，采用最小均方误差准则，通过误差传感器接收到的系统误差e(n)以及x(n)经过次级通道估计得到的滤波器输入信号xf(n)进行参数调节，滤波器输出u(n)经过次级通道S(z)得到次级输出信号y(n-Δ)，其中Δ表示次级通道延时所对应的采样点数，再经延时器D(z)得到系统输出为时延估计部分对延时D的估计。进一步的，加入时延估计部分以及延时器单元拓展了系统对主通道时延的追踪性，并须具备以下条件：D＞Δ即主通道时延D与主次通道时延差d均为正值；对于时延估计部分，在当前时刻t分别计算时延从1到Tc之间的相关矩阵Rxd(t)：其中，Rpp表示信号p的自相关函数，Rpq表示信号p与信号q的互相关函数，假设信号x(n-t)与信号d(n-D)中的噪声互不相关，则Rxd(t)＝Rxx(t-D)由自相关函数性质：|Rss(τ-D)|≤Rss(0)可知，当τ-D＝0时，Rss(·)取得最大值，此时τ为当前时刻系统时延的估计式中，arg为取自变量运算；相关运算选取的序列长度L越长，估计结果越精确，但运算量会相应增大，考虑系统时延估计的刷新速率有着一定的要求，系统设计时应根据实际情况选取；将得到的估计值反馈给延时器D(z)，并计算延时点数d：Δ为次级通道延迟所对应的采样点数；对于噪声抵消部分，滤波器W(n)的输出u(n)：u(n)＝ωT(n)x(n)其中，ω(n)＝[ω0(n)ω1(n)ω2(n)…ωN-1(n)]T为在时刻n的长度为N的滤波器权系数向量，x(n)＝[x(n)x(n-1)x(n-2)…x(n-N+1)]T为时刻n的长度为N的输入信号向量；u(n)经过经过次级通道S(z)得到系统输出y(n)：y(n-Δ)＝s(n)*u(n)其中，s(n)为S(z)的脉冲响应，*表示卷积运算，y(n-Δ)为由次级声源输出为抵消波形；延时器D(z)将信号y(n-Δ)延迟d个采样间隔，得到信号误差信号e(n)表示误差传感器接收到的抵消剩余信号：计算滤波x信号xf(n)：其中，为的脉冲响应；更新滤波器W(n)的权系数ω(n)：ω(n+1)＝ω(n)-μe(n)xf(n)其中，μ为步长因子，其收敛范围如下：其中，N为滤波器长度，Px为滤波器输入信号功率；当抵消波形与原始噪声d(n-D)在时域上不完全一致时，误差e(n)提升，从而降低收敛条件下的步长μ的取值，故μ的收敛范围更新为：式中，fs为采样频率，SR为采样信号的摆率，具体为每秒采样数值变化的上限，为时延估计的误差。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术沿用传统FxLMS算法作为主框架，并在其基础上加入相关法时延估计，通过估计主通道时延并反馈给系统，使得系统具备对主通道的追踪能力，从而抑制空间降噪系统中主通道时延无法确定或时变所导致的系统抵消性能下降问题。相关法时延估计旨在将空间降噪系统中的主通道时延由不可测变量变为可测变量，且该方法具有计算量较小、算法结构相对简单等优点，与FxLMS算法框架形成了很好的衔接。加入时延估计使系统拥有对主通道时延的估计能力以及对主通道时延变化的追踪能力，实现了原始噪声与抵消波形在时域上更高的同步精度，从而提高噪声抵消效果。附图说明图1为本专利技术所述的空间降噪系统中主通道时延估计方法的系统框图。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。参见图1，本专利技术所述的一种空间降噪系统中主通道时延估计方法，包括以FxLMS算法的频域通道拟合模块以及采用相关法时延估计的时域通道拟合模块。其中FxLMS算法部分沿用传统噪声抵消系统中的算法，原理过程与以往的应用一致，相关法时延估计部分为将参考传声器处的原始噪声与误差传感器处的噪声做时延估计，并将得到的主通道时延返回给系统输出链路，保证输出波形的同步。图1中x(n)表示系统输入，即参考传声器采集到的噪声信号，d(n-D)表示经过主通道传递函数P(z)后的噪声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间降噪系统中主通道时延估计方法，其特征在于：包括以FxLMS算法的频域通道拟合模块以及采用相关法时延估计的时域通道拟合模块，相关法时延估计部分为将参考传声器处的原始噪声与误差传感器处的噪声做时延估计，并将得到的主通道时延返回给系统输出链路，保证输出波形的同步。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间降噪系统中主通道时延估计方法，其特征在于：包括以FxLMS算法的频域通道拟合模块以及采用相关法时延估计的时域通道拟合模块，相关法时延估计部分为将参考传声器处的原始噪声与误差传感器处的噪声做时延估计，并将得到的主通道时延返回给系统输出链路，保证输出波形的同步。


2.根据权利要求1所述的空间降噪系统中主通道时延估计方法，其特征在于：系统输入参考传声器采集到的噪声信号x(n)，经过主通道传递函数P(z)后形成误差传感器处输入的原始噪声信号d(n-D)，其中D表示该信号相较于x(n)的时延所对应的采样点数；
x(n)输入序列延时n个采样间隔形成Z-n，而后t时刻输入的两路序列做相关运算Rxd(t)；
Tc表示系统估计时延的最大范围，根据实际场景决定，对于同一时刻不同估计时延所对应的相关矩阵Rxd(t)，选取最大值反馈给次级通路的延时器Z-n，W(n)为噪声抵消部分的自适应滤波器，采用最小均方误差准则，通过误差传感器接收到的系统误差e(n)以及x(n)经过次级通道估训得到的滤波器输入信号xf(n)进行参数调节，滤波器输出u(n)经过次级通道S(z)得到次级输出信号y(n-Δ)，其中Δ表示次级通道延时所对应的采样点数，再经延时器D(z)得到系统输出为时延估计部分对延时D的估计。


3.根据权利要求2所述的空间降噪系统中主通道时延估计方法，其特征在于：加入时延估计部分以及延时器单元拓展了系统对主通道时延的追踪性，并须具备以下条件：
D＞Δ
即主通道时延D与主次通道时延差d均为正值；
对于时延估计部分，在当前时刻t分别计算时延从1到Tc之间的相关矩阵Rxd(t)：



其中，Rpp表示信号p的自相关函数，Rpq表示信号p与信号q的互相关函数，假设信号x(n-t)与信号d(n-D)中的噪声互不相关，则
Rxd(t)＝Rxx(t-D)
由自相关函数性质...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊天，刘文红，胡锦熙，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31