考虑噪声摄动的多通道全路径建模主动控制方法与流程

本发明涉及船舶声隐身和噪声主动控制，尤其涉及一种考虑噪声摄动的多通道全路径建模主动控制方法。

背景技术：

1、随着现代声呐探测技术的发展，声呐的探测频段向低频进行了极大地扩展。传统的被动控制手段如吸声、隔声等难以有效抑制低频噪声，而噪声主动控制技术可以弥补被动控制技术的不足，有效降低低频噪声，从而提升船舶的声隐身性能。在船舶噪声主动控制中，次级路径建模的优劣直接影响主动控制系统的降噪效果和稳定性，从而给船舶的声隐身性能带来极大的挑战。受现实海洋环境中的信道影响，次级路径具有时变特性。更重要的是，实际应用中往往使用多通道控制算法。全路径建模主动控制算法虽然可以一定程度改善次级路径时变导致的噪声主动控制算法收敛性能和稳定性，但是对于多通道全路径建模噪声主动控制系统而言，全路径建模主动控制算法不仅存在多解使算法不稳定性增加，而且其较高的计算复杂度不便于工程应用。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是次级路径时变的多通道全路径建模噪声主动控制系统因多解的存在导致的不稳定问题和计算复杂度较高的问题。

3、(二)技术方案

4、第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑噪声摄动的多通道全路径建模主动控制方法，包括以下步骤：

5、s1、传感器采集噪声信号，噪声信号通过各个初级路径模块，获得对应的误差点位置处的期望信号；

6、s2、所述噪声信号分别传递给多个控制滤波器和多个初级路径建模滤波器，各所述控制滤波器根据所述噪声信号计算生成对应的控制信号，各次级路径模型根据所述控制信号和摄动噪声信号所合成的抵消信号计算生成对应的第一输出信号，并根据各第一输出信号计算对应的误差点位置处的第一总输出信号；

7、s3、根据所述期望信号、所述第一总输出信号和背景噪声，合成第一误差信号；

8、s4、将对应的所述抵消信号传递给对应的次级路径建模滤波器，各所述次级路径建模滤波器根据对应的所述抵消信号计算并合成第二输出信号，噪声信号经各初级路径建模滤波器后得到各初级路径建模滤波器的第三输出信号，根据各第三输出信号和对应的各第二输出信号计算每个全路径建模部分的第二总输出信号；

9、s5、根据所述第一误差信号和所述第二总输出信号，获得第二误差信号；

10、s6、根据所述第二误差信号、所述噪声信号以及所述抵消信号，进行各全路径建模滤波器的权系数更新；

11、s7、所述噪声信号通过各个次级路径估计模块，获得对应的滤波参考信号，根据各第一误差信号和对应的滤波参考信号，对各控制滤波器的权系数进行更新。

12、优选地，第j个全路径建模滤波器的权系数更新公式如下：

13、

14、

15、其中，是n时刻第j个初级路径建模滤波器的权系数向量，是n+1时刻第j个初级路径建模滤波器的权系数向量，μp,j是第j个初级路径建模滤波器的迭代步长，是第j个全路径建模滤波器对应的第二误差信号，xp(n)＝[x(n),x(n-1),...,x(n-hp+1)]t是初级路径建模滤波器的参考输入向量，hp是初级路径建模滤波器的阶数，uk(n)＝[uk(n),uk(n-1),…,uk(n-hs+1)]t是第k个控制滤波器的输出信号向量，hs是次级路径建模滤波器的阶数，uk(n)＝xt(n)wk(n)是第k个控制滤波器的输出信号，x(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-m+1)]t是控制滤波器的参考信号向量，m是控制滤波器的阶数；wk(n)是第k个控制滤波器的权系数向量，vk(n)＝[vk(n),vk(n-1),…,vk(n-hs+1)]t是第k个控制滤波器输出信号的摄动噪声信号向量，vk(n)是第k个控制通道的摄动噪声，k是次级源个数，是n时刻第k个次级源到第j个误差点的次级路径建模滤波器的权系数向量，是n+1时刻第k个次级源到第j个误差点的次级路径建模滤波器的权系数向量，μs,kj是第k个次级源到第j个误差点的次级路径建模滤波器迭代步长。

16、优选地，第k个控制滤波器wk(n)的权系数的更新公式如下：

17、

18、其中，xf,kj(n)＝[xf,kj(n),xf,kj(n-1),…,xf,kj(n-m+1)]t是控制滤波器的滤波参考信号向量，是经第k个次级源到第j个误差点的次级路径滤波后的参考信号，xs(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-hs+1)]t是次级路径估计模型的输入信号向量，是n时刻第k个次级源到第j个误差点的次级路径建模滤波器的权系数向量，m是控制滤波器的阶数，wk(n)是n时刻第k个控制滤波器的权系数向量，wk(n+1)是n+1时刻第k个控制滤波器的权系数向量，ej(n)是第j个第一误差信号,μk是第k个控制滤波器迭代步长。

19、(三)有益效果

20、本发明的上述技术方案具有如下优点：

21、本发明引入了噪声摄动策略，提升了控制算法的收敛性能，解决了次级路径时变的多通道全路径建模噪声主动控制系统存在的不稳定问题，且计算复杂度低，更加符合实际工程需要。通过在控制滤波器输出信号中引入摄动噪声，确保全路径建模部分具有唯一解，从而提升算法的稳定性。通过调整摄动噪声的量级，提升算法的收敛性能，实现噪声的有效控制。对于时变次级路径和多通道复杂主动控制系统，更加体现本发明的有益效果。

技术特征：

1.一种考虑噪声摄动的多通道全路径建模主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的考虑噪声摄动的多通道全路径建模主动控制方法，其特征在于，第j个全路径建模滤波器的权系数更新公式如下：

3.根据权利要求1所述的考虑噪声摄动的多通道全路径建模主动控制方法，其特征在于，第k个控制滤波器wk(n)的权系数的更新公式如下：

技术总结本发明涉及船舶声隐身和噪声主动控制技术领域，尤其涉及一种考虑噪声摄动的多通道全路径建模主动控制方法，该方法通过多通道全路径滤波器获取第一误差信号和第二误差信号，根据所述第二误差信号、噪声信号以及第二输出信号，进行各全路径建模滤波器的权系数更新；根据各第一误差信号和对应的滤波参考信号，对各控制滤波器的权系数进行更新。通过在控制滤波器输出信号中引入摄动噪声，确保全路径建模部分具有唯一解，从而提升算法的稳定性。通过调整摄动噪声的量级，提升算法的收敛性能，实现噪声的有效控制。技术研发人员：李善军,宋昊,张丽红,胡宇安,靳国永,李正凯,李鹏程,黄永强受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司系统工程研究院技术研发日：技术公布日：2024/4/17