一种适用于主动路噪控制系统的解耦白化快速收敛方法

本发明属于主动噪声控制的，具体涉及一种适用于主动路噪控制系统的解耦白化快速收敛方法。

背景技术：

1、电动汽车的轻量化发展使车舱内部噪声显著升高。路面噪声作为舱内噪声的主要来源之一，具有随路况变化的低频随机噪声特性。传统的被动噪声控制仅对中高频段噪声控制有效，因此将关注低频降噪的主动噪声控制技术与路噪控制系统结合构成的主动路噪控制(active road noise control,arnc)方案成为车舱内部降噪的重要研究方向之一。前馈多通道arnc系统在车辆底盘布放多个加速度传感器拾取路面振动信息作为参考信号，送入数字信号处理器(digital signal processor,dsp)经过控制滤波器滤波输出控制信号驱动对消扬声器发声，经由次级路径传播后在人耳附近与路噪信号相干叠加，从而达到了噪声控制效果。因此，选择合适的自适应算法更新控制滤波器是实现降噪功能的前提。

2、采用多通道滤波参考最小均方算法(filtered-reference least mean square,fxlms)进行路噪控制已被验证为可靠的技术方案(sutton t j,elliott s j,mcdonald am,et al.active control of road noise inside vehicles[j].noise controlengineering journal,1994,42(4):137-147.)。但在实际arnc系统中，由于振动源及车体结构的复杂性，不同次级路径间的耦合和参考信号间的互相关会导致基于梯度下降原理的fxlms算法的收敛速度变慢。因此对次级路径解耦和参考信号白化是改善多通道自适应算法收敛性能关键。此外，使用大量参考信号引入的计算量负担不利于fxlms算法在实际应用中的实现。考虑到arnc系统中误差信号的数量远少于参考信号的数量，因此可用滤波误差结构代替滤波参考结构进行路噪控制(debrunner v e,zhou d.hybrid filtered errorlms algorithm:another alternative to filtered-x lms[j].ieee transactions oncircuits and systems i:regular papers,2006,53(3):653-661.)。同时利用时域卷积在频域中的高效运算方式，将felms算法变换至频域可进一步降低计算量。因此，把次级路径解耦和参考信号白化策略应用于频域felms算法中进行路噪控制，对于arnc系统的快速收敛及工程化实现具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种适用于主动路噪控制系统的解耦白化快速收敛方法，该方法能够使用在多通道复杂场景下的路噪实时控制系统中，在低计算复杂度的基础上具有快速收敛的能力。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种适用于主动路噪控制系统的解耦白化快速收敛方法，该方法包括以下步骤：

4、步骤1，在基于前馈策略的主动路噪控制系统中进行硬件配置，包括在车辆底盘布放加速度传感器，在座驾人头处安装包括误差传声器和对消扬声器的有源降噪头枕，并将所述加速度传感器连接多通道数字信号处理器；

5、步骤2，基于内外积分解操作，将次级路径分解为最小相位部分和全通部分，而后将控制滤波器的输出经过最小相位部分滤波，将误差信号经过全通部分滤波，实现次级路径的解耦功能；

6、步骤3，基于谱因子分解操作，将参考信号的谱密度矩阵分解得到谱因子函数，用此函数对参考信号预处理实现参考信号的白化功能；

7、步骤4，在所述多通道数字信号处理器中利用步骤2得到的滤波误差信号和步骤3得到的白化参考信号，结合频域滤波误差最小均方算法进行控制滤波器更新，输出控制信号驱动对消扬声器发声，经由次级路径传播后在人耳附近与路噪信号相干叠加，实现降噪功能。

8、进一步地，所述步骤1中，基于前馈策略的主动路噪控制系统的硬件配置具体包括：在车辆底盘布放加速度传感器拾取路面振动信息，用于获取与路噪信号高度相关的参考信号；在副驾人头处安装包括误差传声器和对消扬声器的有源降噪头枕，误差传声器用于采集人耳处的误差信号，对消扬声器用于发出控制声波，经由次级路径传播后与路噪信号相干叠加，在人耳附近产生静区；将采集到的参考信号和误差信号送入多通道数字信号处理器处理，结合自适应算法进行控制滤波器的更新，同时输出控制信号驱动对消扬声器发声，实现实时路噪控制功能。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果为：在路噪实时控制系统中，次级路径解耦和参考信号白化策略的使用加快了felms算法收敛速度，使乘客可以获得短时明显的降噪体验；此外本发明方法具有较低的计算复杂度，使其在dsp中能够有效实现，具有极高的实用价值。

技术特征：

1.一种适用于主动路噪控制系统的解耦白化快速收敛方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种适用于主动路噪控制系统的解耦白化快速收敛方法，其特征在于，所述步骤1中，基于前馈策略的主动路噪控制系统的硬件配置具体包括：在车辆底盘布放加速度传感器拾取路面振动信息，用于获取与路噪信号高度相关的参考信号；在副驾人头处安装包括误差传声器和对消扬声器的有源降噪头枕，误差传声器用于采集人耳处的误差信号，对消扬声器用于发出控制声波，经由次级路径传播后与路噪信号相干叠加，在人耳附近产生静区；将采集到的参考信号和误差信号送入多通道数字信号处理器处理，结合自适应算法进行控制滤波器的更新，同时输出控制信号驱动对消扬声器发声，实现实时路噪控制功能。

3.如权利要求1所述的一种适用于主动路噪控制系统的解耦白化快速收敛方法，其特征在于，所述步骤2的具体实现方式为：基于内外积分解操作，将次级路径s(z)分解为全通部分sall(z)和最小相位部分smin(z)两部分：

4.如权利要求1所述的一种适用于主动路噪控制系统的解耦白化快速收敛方法，其特征在于，所述步骤3的具体实现方式为：计算参考信号的谱密度矩阵pxx(z)，并基于谱因子分解操作得到谱因子函数fmin(z)为：

5.如权利要求1所述的一种适用于主动路噪控制系统的解耦白化快速收敛方法，其特征在于，所述步骤4的具体实现方式为：根据牛顿算法，得到媒介滤波器ψ(z)的迭代公式为

技术总结本发明公开了一种适用于主动路噪控制系统的解耦白化快速收敛方法。其步骤包括：(1)在基于前馈策略的ARNC系统中进行硬件配置；(2)基于内外积分解操作将次级路径分解为最小相位部分和全通部分，而后将控制滤波器的输出经过最小相位部分滤波，将误差信号经过全通部分滤波；(3)将参考信号的谱密度矩阵分解得到谱因子函数；(4)利用滤波误差信号和白化参考信号，结合频域滤波误差最小均方算法进行控制滤波器更新，输出控制信号驱动对消扬声器发声，经由次级路径传播后在人耳附近与路噪信号相干叠加。本发明能够使用在多通道复杂场景下的ARNC系统中，通过次级路径解耦和参考信号白化操作加快FeLMS算法收敛速度。技术研发人员：廉思源,王淑萍,卢晶,陈锴,陶建成,邹海山,林志斌受保护的技术使用者：南京大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6