一种基于递归指数双曲余弦函数的主动噪声控制方法与流程

本发明属于自适应主动噪声控制，更具体地，涉及一种基于递归指数双曲余弦函数的主动噪声控制方法。

背景技术：

1、噪音管理一直是一个重大议题。随着科技进步，噪声污染愈发严峻。各类电子产品和工业设备产生的噪音不仅可能扰乱通信和自动化控制系统，还可能对人的身体和心理健康造成影响。噪声控制技术分为两大类：无源控制和有源(主动)控制。无源控制主要利用隔音设备、振动隔离和阻尼技术，但成本较高，且对低频噪声效果不佳。有源控制技术则采用主动噪声控制(active noise control，anc)系统，通过发出相同频率、固定相位差的声波产生相互干涉，以此增强或减弱声音，实现噪声消除。这种方法尤其对低频噪声有效，成本也相对较低，近年来受到广泛关注。

2、在主动噪声控制系统中，主麦克风位于噪声源附近，用以捕捉原始噪声(初级噪声)。控制器通常为自适应滤波器，它处理噪声信号后通过扬声器产生反向噪声(次级噪声)。误差麦克风放置在噪声消除点(扬声器位置)，拾取消除后的残余信号(初级噪声和次级噪声抵消后的信号)，用于anc控制器的反馈修正。噪声源到噪声消除点的路径称为主级通路，而控制器到扬声器的路径则称为次级通路。

3、在自适应有源噪声控制领域，滤波-x最小均方(filtered-x least mean square，fxlms)算法应用最广泛，适用于非冲击噪声环境，结构简单且稳定。但面对α稳定分布的冲击噪声时，fxlms算法可能无法收敛。因为该算法基于均方误差，而α稳定分布噪声的方差无限，导致控制器参数发散。为解决这个问题，提出了多种改进的rfxlms方法。参考文献1提出的方法最为常用。

4、参考文献1“lu l,zhao h.active impulsive noise control using maximumcorrentropy with adaptive kernel size[j].mechanical systems and signalprocessing,2017,87:180–191.”该文献提出了一种改进的fxrls方法。这个方法利用基于对数的误差信号更新机制，这样的变换在一定程度上减小了α稳定分布噪声的强度，从而控制算法的参数更新，提升了算法在多数情况下的鲁棒性。然而，这种方法在减少噪声时可能仍会留下一定的残余噪声。

5、参考文献2在高斯噪声环境下最为常用：参考文献2“r.m.reddy,i.m.s.panahi,r.briggs,hybrid fxrls-fxnlms adaptive algorithm for active noise control infmri application,ieee trans.control syst.technol.19(2)(2011)474–480.”。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于递归指数双曲余弦函数的主动噪声控制方法，该方法对冲击噪声和高斯噪声的噪声抑制能力好，残留误差小。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于递归指数双曲余弦函数的主动噪声控制方法，包括：

3、构造滤波器当前时刻n和前l-1个时刻的权系数，并将这l个权系数组合成当前时刻n的权向量w(n)；

4、拾取出置于噪声源的主麦克风噪声源当前时刻n产生的初级噪声值u(n)，生成噪声输入向量u(n)；

5、利用当前时刻n的权向量w(n)，滤波器对当前时刻n的噪声输入向量u(n)进行滤波得到当前时刻n输出到扬声器的滤波器输出值

6、滤波器根据当前时刻n的残差信号e(n)，计算出指数双曲余弦函数当前时刻n的误差信号限定值ψ(n)；

7、利用指数双曲余弦函数当前时刻n的误差信号限定值ψ(n)，及当前时刻n的递归矩阵f(n)，计算滤波器当前时刻n的增益向量φ(n)；

8、递归矩阵更新，得到下一时刻(n+1)的递归矩阵f(n+1)；

9、利用滤波器当前时刻n的增益向量φ(n)进行滤波器权向量更新得到w(n+1)；

10、令n＝n+1，重复上述步骤，直至滤波结束。

11、在一些可选的实施方案中，其中，s表示噪声源经滤波器到扬声器的次级通路固有的脉冲响应，符号*代表卷积运算。

12、在一些可选的实施方案中，ψ(n)＝exp[-[cosh(ξe(n))]2]sinh[2λe(n)]，其中，ξ表示比例因子，cosh表示双曲余弦函数，sinh表示双曲正弦函数，exp表示指数函数，λ表示遗忘因子。

13、在一些可选的实施方案中，其中，f(n)为当前时刻n的递归矩阵，其大小为l×l，l表示滤波器的抽头数。

14、在一些可选的实施方案中，f(n+1)＝λ-1f(n)-λ-1φ(n)(s*u(n))tf(n)。

15、在一些可选的实施方案中，w(n+1)＝w(n)+φ(n)e(n)。

16、在一些可选的实施方案中，当前时刻n<129时,w(n)＝0。

17、在一些可选的实施方案中，λ取值为0.9～1。

18、在一些可选的实施方案中，当前时刻n<129时，f(n)＝0。

19、按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

20、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

21、(1)本发明对残差信号进行指数双曲余弦函数运算得到，由于通过指数双曲余弦函数运算得到，可以有效的收集麦克风获取的时间与幅值信息，相比于其它方法避免了有效信息的流失，能够有效的限定滤波器在冲击噪声下的参数，并且，指数双曲余弦函数能够在一定程度上限制冲击噪声引起的高幅值，进一步提高算法的稳定性。

22、(2)本发明通过使用递归计算方法，显著提高了收敛速度和算法的稳定性。因此，在抑制冲击噪声方面，与现有技术相比，本发明展现出更强的噪声控制效果；而在处理高斯噪声时，其噪声抑制性能与现有算法相当。

技术特征：

1.一种基于递归指数双曲余弦函数的主动噪声控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，s表示噪声源经滤波器到扬声器的次级通路固有的脉冲响应，符号*代表卷积运算。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，ψ(n)＝exp[-[cosh(ξe(n))]2]sinh[2λe(n)]，其中，ξ表示比例因子，cosh表示双曲余弦函数，sinh表示双曲正弦函数，exp表示指数函数，λ表示遗忘因子。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，f(n)为当前时刻n的递归矩阵，其大小为l×l，l表示滤波器的抽头数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，f(n+1)＝λ-1f(n)-λ-1φ(n)(s*u(n))tf(n)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，w(n+1)＝w(n)+φ(n)e(n)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当前时刻n<129时,w(n)＝0。

8.根据权利要求3至5任意一项所述的方法，其特征在于，λ取值为0.9～1。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当前时刻n<129时，f(n)＝0。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9任一项所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种基于递归指数双曲余弦函数的主动噪声控制方法，属于自适应主动噪声控制技术领域，包括：构造权向量；构造噪声输入向量，拾取出置于噪声源的主麦克风噪声源当前时刻n产生的初级噪声值u(n)，生成噪声输入向量U(n)；生成滤波器输出值，得到当前时刻n输出到扬声器的滤波器输出值误差信号限定值的计算；生成增益向量，计算滤波器当前时刻n的增益向量Φ(n)；递归矩阵更新，迭代可以得到下一时刻(n+1)的递归矩阵F(n+1)；滤波器权向量更新；迭代,令n＝n+1,重复上述步骤，直至滤波结束。通过本发明对冲击噪声和高斯噪声的噪声抑制能力好，残留误差小。技术研发人员：刘倩倩,刘慧,何鎏璐受保护的技术使用者：宁波力斗智能技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2