一种基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统，包括如下步骤：步骤一、采集n时刻的参考噪声信号x(n)；步骤二、将所述n时刻的参考噪声信号x(n)递推为参考噪声信号向量后分别输入非线性子部分的各个模块中；步骤三、根据模块的输出信号获得非线性子部分的输出信号；步骤四、将非线性子部分的输出信号输入线性子部分中，获得基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统的输出信号；步骤五、所述基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统的输出信号经过次级声通道后生成的期望信号与参考噪声信号经过初级声通道后的期望信号进行干涉相消，实现降噪。本发明专利技术具有降低算法复杂度和提高降噪性能的特点。有降低算法复杂度和提高降噪性能的特点。有降低算法复杂度和提高降噪性能的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统


[0001]本专利技术涉及在主动噪声控制
，更具体的是，本专利技术涉及一种基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统。

技术介绍

[0002]随着数字信号处理器性能的提高，主动噪声控制技术越来越受到研究者和用户的关注。
[0003]车内噪声具有很多负面影响，一方面容易造成环境噪声污染，另一方面也会损害人体健康。被动噪声控制技术的降噪范围只局限于中高频噪声，对于一些低频噪声，难以实现抵消，而主动噪声控制技术能够弥补它的不足。主动噪声控制技术是基于声波叠加原理发展起来的，二次声源产生与初级噪声幅值相同、相位相反的次级噪声，从而在需要消声的地方形成静区。一个基本的ANC系统通常包括一个参考信号传感器，一个误差信号传感器、次要扬声器和控制器，其中控制器主要使用线性自适应学习算法进行更新，如滤波x最小均方(FXLMS)算法。
[0004]在实际应用中，主动噪声控制系统中常常会发生非线性失真。例如，参考信号可能由固有的非线性物理机制产生并表现出非线性特性，而非线性畸变也可能发生在声通道中。线性自适应系统在非线性行为存在时常常表现不佳，因此，采用可靠的非线性方法来处理非线性问题是至关重要的。
[0005]著名的非线性自适应滤波器之一是基于Volterra系列结构的Volterra滤波器，其结构简单，并且在非线性系统建模中具有很高的有效性。由于Volterra级数展开公式包含了线性项和非线性项，因此与其他非线性滤波器相比，它具有优越的滤波性能。但是受限于计算复杂度，一般只有二阶和三阶的Volterra滤波器能够实现。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是设计开发了一种基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统，通过流水线结构将滤波器划分为线性部分和非线性部分，减少记忆长度，提升降噪性能，结合滤波误差算法，降低运算复杂度。
[0007]本专利技术提供的技术方案为：
[0008]一种基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统，包括如下步骤：
[0009]步骤一、以参考麦克风采集n时刻的参考噪声信号x(n)；
[0010]步骤二、将所述n时刻的参考噪声信号x(n)递推为参考噪声信号向量后分别输入非线性子部分的M个模块中；
[0011]其中，所述n时刻的参考噪声信号向量满足：
[0012]X
i
(n)＝[x(n
‑
i),x(n
‑
i
‑
1),
…
,x(n
‑
i
‑
N+1),z
i+1
(n)]T
,1≤i≤M；
[0013]式中，X
i
(n)为n时刻模块i的输入参考噪声信号向量，x(n
‑
i)为(n
‑
i)时刻的输入信号，N为有限记忆长度，z
i+1
(n)为n时刻模块i+1的输出，M为非线性子部分的模块总数量；
[0014]步骤三、根据模块的输出信号获得非线性子部分的输出信号；
[0015]其中，所述模块的输出信号满足：
[0016]z
i
(n)＝H
T
(n)U
i
(n)；
[0017]式中，z
i
(n)为n时刻模块i的输出信号，U
i
(n)为n时刻模块i的输入信号向量，H(n)为n时刻非线性字部分的滤波器权值系数；
[0018]步骤四、将非线性子部分的输出信号输入线性子部分中，获得基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统的输出信号；
[0019]其中，所述线性子部分的输入信号向量满足：
[0020]V(n)＝[z1(n),z2(n),
…
,z
i
(n),
…
,z
M
(n)]T
；
[0021]式中，V(n)为线性子部分的输入信号向量；
[0022]所述系统的输出信号满足：
[0023]y(n)＝W
T
(n)V(n)；
[0024]式中，y(n)为n时刻系统的输出信号，W(n)为n时刻线性子部分的滤波器权值系数；
[0025]步骤五、所述基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统的输出信号经过次级声通道后生成的次级信号与参考噪声信号经过初级声通道后的期望信号进行干涉相消，实现降噪。
[0026]优选的是，在模块M中，模块M+1的输出满足：
[0027]z
M+1
(n)＝x(n
‑
M
‑
N)；
[0028]式中，z
M+1
(n)为模块M+1的输出。
[0029]优选的是，所述n时刻模块i的输入信号向量满足：
[0030][0031]优选的是，所述输入信号向量的长度为：
[0032][0033]式中，P为有限阶数，p为基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统的阶数，p＝0
…
P。
[0034]优选的是，所述基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统的输出信号经过次级声通道后生成的期望信号与参考噪声信号经过初级声通道后的期望信号生成的误差信号为：
[0035]e(n)＝d(n)
‑
y
′
(n)＝d(n)
‑
s(n)*y(n)；
[0036]式中，e(n)为n时刻的误差信号，d(n)为n时刻的参考噪声信号经过初级声通道后的期望信号，y
′
(n)为n时刻基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统的输出信号经过次级声通道后生成的期望信号，s(n)为次级声通路传递函数的脉冲响应。
[0037]优选的是，所述非线性子部分中滤波器的权值更新公式为：
[0038]H(n+1)＝H(n)+K(n)e
f
(n)；
[0039][0040][0041]Q(n+1)＝λ(n)
‑1Q(n)
‑
λ(n)
‑1K(n)C(n)Q(n)；
[0042][0043]式中，H(n+1)为(n+1)时刻非线性子部分的滤波器权值系数向量，K(n)为n时刻的增益向量，e
f
(n)为n时刻的误差信号经过误差滤波器后生成的参考信号，Q(n)为n时刻的加权自相关矩阵的逆矩阵，C(n)为线性子部分的权系数与输入信号向量的乘积之和，λ(n)为时变的遗忘因子，λ
i
为固定的遗忘因子，且λ
i
＝[0.9,1]，w
i
(n)为n时刻线性子部分的滤波器权值系数的组成元素，U
i
(n
‑
β)为(n
‑
β)时刻模块i的输入信号向量，β为延迟数，γ为门限阈值。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、以参考麦克风采集n时刻的参考噪声信号x(n)；步骤二、将所述n时刻的参考噪声信号x(n)递推为参考噪声信号向量后分别输入非线性子部分的M个模块中；其中，所述n时刻的参考噪声信号向量满足：X
i
(n)＝[x(n
‑
i),x(n
‑
i
‑
1),
…
,x(n
‑
i
‑
N+1),z
i+1
(n)]
T
,1≤i≤M；式中，X
i
(n)为n时刻模块i的输入参考噪声信号向量，x(n
‑
i)为(n
‑
i)时刻的输入信号，N为有限记忆长度，z
i+1
(n)为n时刻模块i+1的输出，M为非线性子部分的模块总数量；步骤三、根据模块的输出信号获得非线性子部分的输出信号；其中，所述模块的输出信号满足：z
i
(n)＝H
T
(n)U
i
(n)；式中，z
i
(n)为n时刻模块i的输出信号，U
i
(n)为n时刻模块i的输入信号向量，H(n)为n时刻非线性字部分的滤波器权值系数；步骤四、将非线性子部分的输出信号输入线性子部分中，获得基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统的输出信号；其中，所述线性子部分的输入信号向量满足：V(n)＝[z1(n),z2(n),
…
,z
i
(n),
…
,z
M
(n)]
T
；式中，V(n)为线性子部分的输入信号向量；所述系统的输出信号满足：y(n)＝W
T
(n)V(n)；式中，y(n)为n时刻系统的输出信号，W(n)为n时刻线性子部分的滤波器权值系数；步骤五、所述基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统的输出信号经过次级声通道后生成的次级信号与参考噪声信号经过初级声通道后的期望信号进行干涉相消，实现降噪。2.如权利要求1所述的基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统，其特征在于，在模块M中，模块M+1的输出满足：z
M+1
(n)＝x(n
‑
M
‑
N)；式中，z
M+1
(n)为模块M+1的输出。3.如权利要求2所述的基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统，其特征在于，所述n时刻模块i的输入信号向量满足：4.如权利要求3所述的基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统，其特征在于，所述输入信号向量的长度为：式中，P为有限阶数，p为基于沃尔泰拉滤波器的非线性主动噪声控制系统的阶数，p＝0
…
P。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈书明，李慧娟，张章，蔡燿宇，曾磊，
申请(专利权)人：吉林大学重庆研究院，
类型：发明
国别省市：