[发明专利]一种基于四元数自适应滤波器的滤波-X最小均方有源噪声控制方法

说明书

本发明公开了基于四元数自适应滤波器的滤波‑X最小均方有源噪声控制方法，首先，通过产生白噪声对次级通道进行辨识，得到次级通道系数，然后，通过利用扬声器产生反噪声来抵消外界噪声，达到降噪效果。本发明针以四元数为媒介，融合数据信号和滤波处理，采用FXQLMS算法来更新控制滤波器的权值，从而使得算法降噪收敛得更快更平稳。

技术领域

本发明涉及有源噪声控制领域，尤其涉及一种基于四元数自适应滤波器的滤波-X最小均方有源噪声控制方法。

背景技术

噪声污染是一个全世界都十分关注的环境问题，随着现代工业、交通运输业的发展、噪声污染日益严重，如何有效地减少或控制噪声是迫切需要解决的问题。传统的噪声控制采用无源控制方式，对中、高频噪声具有较好的控制效果，但无法有效消除低频噪声，或需要付出较重的重量代价。针对传统噪声控制方法的不足，有源噪声控制提供了一种对低频噪声行之有效的控制方法。

ANC系统的性能取决于收敛时间、稳态性能。随着数字信号处理理论和技术的逐步成熟，基于自适应滤波理论的有源噪声控制技术开始发展，滤波-X最小均方算法(FXLMS)被提出并被广泛应用，然而该算法的瞬态特性及稳态特性都有改进的空间。FXLMS算法使用的是LMS算法来更新控制滤波器的权值，由于输入信号的自相关矩阵的特征值分散的问题会导致LMS算法慢的收敛模式。并且考虑到现代环境声音的多维度传播，因此，将LMS算法引入到复数域，其中具有代表性的是四元数自适应滤波器(QLMS)。四元数最小均方(QLMS)算法通过直接在数据所在的多维域中进行处理并采用这些维之间的关联和耦合来提供密集的建模。在ANC系统模型中需要预先知道次级通道的传递函数，但通常情况下它是未知的，次级通道(从噪声控制滤波器的输出到误差传感器测量残余噪声的路径)的存在也会导致滤波器的不稳定性，因此为了确保ANC系统的收敛，需要对次级通道路径进行建模，以跟踪次级路径的变化，从而提高ANC系统降噪性能的稳定性。常用的建模方法包括离线建模和在线建模，本文将采取离线建模中的附加随机噪声法对次级通道进行建模。

发明目的

本发明的目的在于应对现有技术的不足，提供一种基于四元数自适应滤波器的滤波-X最小均方有源噪声控制方法，具体为基于四元数的自适应滤波器结构，对控制滤波器采用四元数LMS算法对控制滤波器的权值进行更新，采用超平面的四元数，实现多维滤波，从而能够充分保持多维信号所具有的内部关系，从而使得处理精度具有优越性，提高了算法的收敛性能，改善了降噪性能。在此基础上，将一维的LMS算法扩展到具有多维的QLMS算法当中，实现四维空间的误差优化，突破了一维信号的限制，使其性能更加优越和稳定。本发明在可以保证良好降噪性能的基础上，减少整个ANC系统的收敛时间，从而提高收敛速度。

发明内容

本发明提出了一种基于四元数自适应滤波器的滤波-X最小均方有源噪声控制方法，通过设计一个有源噪声控制ANC系统进行降噪，包括以下步骤：

步骤一、产生白噪声并将其用扬声器输出，再通过拾音器采集，然后利用最小均方准则，通过建立次级通道的模型，进行多次迭代后得到次级通道系数；

步骤二、通过利用扬声器产生反噪声来抵消外界噪声，具体为通过拾音器采集外界噪声信号，利用步骤一中得到的次级通道系数进行补偿，即，根据FXQLMS算法计算反噪声，并通过扬声器发出从而抵消外界噪声，该过程进行多次迭代从而实现降噪；

所述建立次级通道的模型采用附加随机噪声的方法，假定次级通道为时不变系统，采用白噪声发生器产生一个随机噪声并输入建模滤波器和次级通道作为参考信号，将误差传感器测得的信号当作建模滤波器的目标信号，其中，所述白噪声发生器产生高斯白噪声，并注入次级通道模型的次级路径；

所述ANC系统包括主通道路径函数P(z)、次级通道路径传递函数S(z)、次级通道路径估计函数滤波器W_q(z)，其中，输入噪声信号x(n)分别输入至主通道路径函数P(z)、控制滤波器W_q(z)和次级通道路径估计函数