有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法、系统

技术特征：
1.一种有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法，其特征在于，包括：利用四元数自适应滤波器内部的正交特性建立各实虚部的信号矢量间的关联关系，并保持各实虚部量自身的结构特性；通过变步长设置参考信号与收敛因子之间的函数关系来替代原始固定步长的值；通过仿真验证算法进行对比验证。2.根据权利要求1所述的有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法，其特征在于，基于变步长滤波-x四元数最小均方算法优化冲激主动控制降噪系统，其中，以变步长四元数自适应滤波为核心控制器的降噪算法针对随机脉冲信号提出，包括参考输入信号x(n)和误差信号e(n)；降噪算法的处理方法，包括以下步骤：通过参考及误差传声器分别采集参考输入信号x(n)和误差信号e(n)；计算滤波器的输出信号y(n)和滤波-x信号x
f
(n)，并更新滤波器的权重系数；重复上述步骤直至误差信号e(n)达到预设的阈值为止。3.根据权利要求2所述的有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法，其特征在于，基于变步长滤波-x四元数最小均方算法优化冲激主动控制降噪系统，还包括搭建基于前馈的主动控制噪声系统，所述主动控制噪声系统中：p(z)表示主通道的传递函数；s(z)表示次级通路的传递函数；d(n)表示期望信号；e(n)表示误差信号；x(n)表示输入参考信号；w(z)表示具有有限脉冲的横向结构响应滤波器实现的控制器，滤波器长度为l，滤波器的输出信号y(n)表示为：y(n)＝w
t
(n)x(n)；其中，参考信号矢量x(n)＝[x(n),x(n-1),
…
,x(n-l 1)]
t
，滤波器权重矢量w(n)＝[w0(n),w1(n),
…
,w
l-1
(n)]
t
。4.根据权利要求3所述的有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法，其特征在于，所述主动控制噪声系统中，和次级通路的传递函数相同。5.根据权利要求1所述的有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法，其特征在于，所述有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法中，四元数为超复数，复数是由实数加上虚数单位i组成，其中i2＝-1，四元数是由实数加上三个虚数单位i、j和k组成，其中，i2＝j2＝k2＝-1，每个四元数都是1、i、j和k的线性组合，即：四元数表示为a bi cj dk,其中，a、b、c、d是实数。6.根据权利要求1或5所述的有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法，其特征在于，变步长滤波-x四元数最小均方算法的代价函数为：
其中，表示取实部。7.根据权利要求6所述的有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法，其特征在于，变步长滤波-x四元数最小均方算法的权重更新表达式为：其中，其中，n表示迭代次数，ε表示迭代次数更新到达某一点的边界值，λ＝1；||x
f
(n)||,||x(n)||分别表示滤波-x信号x
f
(n)和输入信号x(n)的欧式范数，参数ε和λ根据算法性能设置。8.根据权利要求7所述的有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法，其特征在于，主通道传递函数p(z)和次通道传递函数s(z)设定为抽头长度分别为256和100的fir滤波器，自适应滤波器的长度设置为l＝32，性能评估的方法建立的公式为：a
e
(n)＝γa
e
(n-1) (1-γ)|e(n)|a
d
(n)＝γa
d
(n-1) (1-γ)|d(n)|其中，anr用来评估anc系统降噪性能的好坏，遗忘因子γ＝0.999。9.根据权利要求8所述的有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法，其特征在于，所述有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法，包括以下步骤：步骤s11、输入信号x(n)为实际应用中的随机脉冲噪声，采用标准sαs分布建模，其特征函数为步骤s12、计算滤波器的输出信号y(n)y(n)＝w
t
(n)x(n)步骤s13、计算滤波-x信号x
f
(n)
步骤s14、计算次级扬声器处的输出信号y'(n)＝y(n)s(n)步骤s15、采用变步长滤波-x四元数最小均方算法更新自适应滤波器w(n)w(n 1)＝w(n) μ(n)(2e(n)x
f*
(n)-x
f*
(n)e
*
(n))步骤s16、重复上述步骤s11-步骤s15，直到误差信号e(n)满足要求为止。10.一种有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪系统，其特征在于，基于权利要求1-9中任意一项所述有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法进行优化冲激主动控制降噪系统，所述有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪系统，包括：联系建立模块，用于利用四元数自适应滤波器内部的正交特性建立各实虚部的信号矢量间的关联关系，并保持各实虚部量自身的结构特性；关系替代模块，用于通过变步长设置参考信号与收敛因子之间的函数关系来替代原始固定步长的值；对比验证模块，用于通过仿真验证算法进行对比验证。

技术总结
本发明涉及一种有源脉冲噪声控制的变步长四元数自适应降噪方法、系统，涉及主动控制降噪技术领域，该方法包括以下步骤：首先利用四元数自适应滤波器内部的正交特性可以较清楚地建立各实虚部的信号矢量间的联系,并能保持各实虚部量自身的结构特性。进一步地利用变步长算法设置参考信号与收敛因子之间的某种函数关系来替代原始固定步长的值，最后通过仿真验证算法的可行性以及通过算法对比验证其优化了收敛性能和降噪能力。本发明具有结构简单，易于工程化实现，采用基于前馈的ANC系统结构的优点，由仿真结果显示，降噪性能和收敛速度得到了优化，而且，将信号的处理维度从一维拓展到了多维，为衰减多维的复杂噪声信号提供一些参考。一些参考。一些参考。


技术研发人员：杜成涛 张冰妍 刘向远 方杰 樊敏 汪安民 徐峻峰
受保护的技术使用者：皖西学院
技术研发日：2022.09.05
技术公布日：2022/11/22