【摘 要】
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自动化机械系统的广泛应用提高了人们的生活质量,但引入的噪声也不可忽视。该类噪声一般具有明显的窄带特性,在一定的半自由场半混响场及混响场条件下,一般也具有明显的谐频特性和宽带特征。并且在实际应用中,如汽车鸣笛、机械损伤和建筑施工带来的脉冲噪声干扰不可避免。更进一步的分析,在移动的车辆、飞机及轮船中,脉冲噪声对现有的主动噪声控制(ANC)技术的影响不容忽视。相对于单一的高斯噪声,在混合有脉冲干扰的高斯
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自动化机械系统的广泛应用提高了人们的生活质量,但引入的噪声也不可忽视。该类噪声一般具有明显的窄带特性,在一定的半自由场半混响场及混响场条件下,一般也具有明显的谐频特性和宽带特征。并且在实际应用中,如汽车鸣笛、机械损伤和建筑施工带来的脉冲噪声干扰不可避免。更进一步的分析,在移动的车辆、飞机及轮船中,脉冲噪声对现有的主动噪声控制(ANC)技术的影响不容忽视。相对于单一的高斯噪声,在混合有脉冲干扰的高斯噪声环境中,现有ANC系统较难同时实现良好的追踪和稳定性能。脉冲干扰一般具有较高的幅值。有些脉冲干扰如施工噪声具有一定的周期性,此类脉冲干扰会干扰ANC系统的相位跟踪性能。有些脉冲干扰则不具有周期性,这类的随机干扰较周期脉冲对幅度和相位的追踪会产生更大的影响。因此,针对该类问题,分别以递进层次研究了具有抗周期脉冲干扰的窄带主动噪声控制(NANC)、抗宽带随机脉冲干扰的宽带主动噪声控制(BANC)以及抗宽窄带混合脉冲干扰宽窄带混合主动噪声控制(HANC)系统。具体研究内容如下:首先针对传统的窄带主动噪声控制算法(NNANC)无法较好的适应背景噪声功率变化及脉冲噪声的干扰,且使用抗脉冲噪声宽带算法降低窄带高斯噪声时会产生较大运算量的问题,提出一种新的基于滤波-x虚拟跟踪L0范数离散傅里叶陷波器(Fx L0DFC)的混合滤波归一化最小均方—离散傅里叶(Fx NLMSFx DFC)结构。通过脉冲信号压缩感知因子及Fx L0LMS算法较Fx DFC算法对环境更为敏感的特性,同时实现稳定环境下低运算量跟踪和噪声波动较大环境下的快速跟踪。为了进一步降低稳态运算量,在Fx DFC算法基础上,提出了一种滤波-e离散傅里叶陷波算法,进一步扩展算法的应用场景。其后,针对在高斯噪声环境下,目标宽带噪声包含脉冲干扰的问题进行了研究,在该环境下脉冲干扰会令有限二阶矩的自适应滤波算法发散,并且脉冲干扰的强度也会随机变化从而影响滤波器的迭代性能。由此,提出了一种新的基于脉冲检测器和高斯核函数的自适应后规整滤波-x归一化最小均方算法(DMPFx NLMS)。该方法首次将自适应高斯核函数代入后规整滤波算法的代价函数中,以提高算法在背景噪声功率变化时的追踪能力。DMPFx NLMS算法还融合了一种改进的阶数检测方法,在脉冲强度多变的环境中,较传统宽带算法有更好的稳定性能。更进一步地,针对更为复杂的半自由场、半混响场及混响场中包含脉冲干扰的宽窄带混合高斯噪声降噪问题,提出了一种新的基于残余正弦结构(SRE)的前反馈结构的宽窄带混合系统(HANC-SRE)。该方法可有效地降低窄带降噪子系统(NANC)中各滤波器的误差互干扰,提高HANC系统的追踪和窄带线谱降噪能力。在此基础上,结合Fx L0DFC和DMPFx NLMS方法,提出了一种基于抗脉冲干扰变步长算法的HANC系统(AT-HANC),该方法在脉冲强度多变的环境中,仍具有良好的跟踪及线谱噪声降噪能力。综上,本文还开展实时实验以验证提出的算法的实用性。(1)当目标噪声为含有脉冲干扰的功率多变窄带信号时,提出的基于Fx L0DFC的混合Fx NLMSFx DFC方法较传统方法收敛速度更快。(2)当目标噪声为包含脉冲干扰的宽带信号时,提出的DMPFXNLMS算法在受到脉冲干扰时误差波动相对最小,并且较传统方法跟踪速度更快,算法可在脉冲强度多变环境下实现降噪。(3)当目标噪声为含有脉冲干扰的宽窄带混合噪声时,提出的HANC-SRE较传统方法收敛速度更快、且窄带噪声的降噪性能更为优越。在此基础上改进的AT-HANC可适用于各种类型的噪声降噪,在脉冲干扰发生时均保持稳定,并且在目标噪声中含有强窄带成分时,也能实现良好的降噪性能。
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