多参考输入多误差输出FXLMS算法及其在机动车辆室内噪声抵消中的应用

　　坦克、汽车等机动车辆的舱室内通常都存在着较高的噪声,这些噪声的存在,不仅严重危害工作人员的听力系统,而且长期工作在噪声环境中,易使人产生疲劳,使诱发危险事故的可能性大大提高.因此,从技术上消除车辆室内噪声,改善乘员的工作环境是一项具有远阔应用前景的研究课题.本文主要是在系统研究自适应信号处理和主动噪声控制方法的基础上,提出了基于多参考输入多误差输出FXLMS算法的机动车辆室内主动噪声控制方案,并给出了计算机仿真结果.从理论分析和仿真结果可知该方案具有较好的降噪性能.

　　1　多参考输入多误差输出有源噪声控制系统

　　在许多有源噪声控制应用中,需要抵消封闭空间中由多个噪声源产生的噪声.例如:坦克(一般有2至3个发动机)、双发动机游船、多发动机发电站等.在这些情况下,发动机的转速通常是独立控制的,而发动机产生噪声的频率成分是与发动机转速相联系的.当多个发动机的转速一致时,这多个发动机就像多个相关的噪声源,当多个发动机转速不一致时,这些发动机就像多个不相关的噪声源.因此,发动机的运转情况直接影响有源噪声控制系统的性能.

　　单参考输入有源噪声控制系统,是只用一个转速计来采集多个发动机中的其中一个发动机的转速信号,并以此转速信号来产生参考信号;而多参考输入有源噪声控制系统是利用多个转速计来分别采集每一个发动机的转速信号,并用这些转速信号来分别产生参考信号.这样单参考输入有源噪声控制系统的参考信号中就只包含一个噪声源的频率成分,而多参考输入有源噪声控制系统的参考信号中则包含了所有噪声源的频率成分.因此我们可以推断:当发动机的转速一致或者近似一致时,两种有源噪声控制系统的降噪效果相差不大,当发动机的转速相差较大时,多参考输入有源噪声控制系统的性能将明显优越于单参考输入有源噪声控制系统.

　　通常用空间的总噪声辐射或者声势能作为空间噪声标准,但两者都是不易测量的,因此,我们在实际的噪声控制中通常以空间多点分布的传感器的输出平方和作为衡量空间噪声的标准.使封闭空间得到最大的降噪效果,就是使整个空间中多点分布的传感器的输出平方和最小.因此,实际有源噪声控制系统应采用多误差输出控制系统.研究表明:发动机产生的低频周期噪声是机动车辆室内噪声的最主要来源[3].由于发动机产生的低频周期噪声中,噪声的频谱仅仅对应了发动机转速的基频和离散的高几阶频率,频谱较窄,所以,可以利用窄带前馈主动噪声控制系统来改善车室的噪声状况.通常噪声源和环境因素是时变的,而控制系统又是受环境因素影响的,为了能跟踪噪声源和环境因素的变化,实时调节次级声信号,确保次级声信号有效地低消噪声信号,必须采用自适应技术来完成系统控制.综上所述,多发动机机动车辆室内有源噪声控制系统应采用多参考输入多误差输出窄带前馈主动噪声控制系统,其基本原理如图1.