JS 杂志上的传感器 1687 - 7268 1687 - 725 x Hindawi出版公司 10.1155 / 2016/4935694 4935694 研究文章 声谱图图像分析的误差信号为脉冲噪声最小化 金 Jeakwan 崔 Yunseon 李 Young-Sup Anisetti 马可 嵌入式系统工程系 仁川大学 119年Academy-ro Yeonsu-gu 仁川406 - 772 韩国 inu.ac.kr 2016年 6 12 2015年 2016年 16 03 2015年 08年 07年 2015年 6 12 2015年 2016年 版权©2016 Jeakwan金等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

介绍了理论和实验研究为最小化误差信号的谱图图像分析脉冲输入噪声的有源抑制噪声。脉冲输入一些特定波模式作为主要噪音一维管1800毫米的长度显示。的收敛速度,根据最小均方自适应前馈算法方法是由规范化的步长控制纳入算法。变化的步长控制的稳定性和收敛速度。因为这个原因,介绍了标准化的步长为脉冲噪声的控制的新方法。光谱图图片标明的脉冲输入噪声的衰减程度被认为代表了衰减与新方法。该算法广泛调查在仿真和实时控制实验。证明了提出算法与一个很好的稳定性和性能对脉冲噪音。在这个研究结果可以用于实际的主动噪声控制系统。

 1。介绍

有源噪声控制(ANC)系统通常寻求最大化的衰减主要噪声取消不需要的噪声利用叠加原理( 1, 2]。他们使用自适应前馈算法过滤等参考最小均方(FxLMS)补偿的影响路径,以确保收敛( 1, 2]。这ANC已广泛成功应用于许多应用,如飞机、汽车、耳机、移动设备,和其他消费电子产品( 3, 4]。

然而,当有必要抑制脉冲噪声突然,一个先进的ANC系统,因此,需要有能力减弱突然脉冲噪声一定水平( 5- - - - - - 8]。光谱图图像提供良好的信息多少脉冲输入噪声抑制非国大算法[应用程序后 9- - - - - - 15]。

脉冲噪声是重要,但有害的输入来源的实际控制系统中,噪声水平需要保持一定水平如客车或其他各种车辆。乘用车经常暴露在过度的脉冲噪声,当他们在崎岖的道路或人行道上的各种疙瘩驱动。突然的冲动给巨大影响有源噪声控制系统的控制稳定,因为他们可以调用过度反应保持在控制性能。因此,有必要调整步长脉冲的大小来控制它,和FxNLMS (filtered-x归一化LMS)算法可以适当的在这种情况下使用。为了更好的驾驶和司机和乘客的旅行条件,他们需要保持在一个舒适的噪音水平。FxNLMS可以提供更好的平静的环境,而不是FxLMS算法特别是对脉冲噪声输入。在这项研究中,该算法对于管道ANC系统深度研究为了控制脉冲信号由特定half-sine波。

在这项研究中,因此,分析谱图的图片之前和之后的错误信号控制对三种不同的脉冲管道系统显示输入的声音。

剩下的纸是组织如下。节 2、理论考虑进行获得适当的脉冲噪声控制方程基于FxNLMS管算法和归一化因子。部分 3介绍了实验装置,包括测试管和实时控制的控制板。另外,二级道路的造型实现来实现它的控制算法和脉冲信号输入信号中指定相同的部分。深入分析和讨论从测量结果实时控制的时间和频率域都写在部分 4。最后,结论部分进行了总结 5。

 2。控制算法最小化脉冲噪音

一个脉冲输入到系统控制原因突然反应使正常FxLMS不能正常工作。如图 1,FxLMS自适应滤波器的更新方程 W ( z ) 表示为 (1) w n + 1 = w n + α e x ^ , 在哪里 α 收敛系数和吗 e 误差信号吗 x ^ 是过滤参考信号向量,通过二级道路模型 年代 ^ ( z ) 如图 1。

FxLMS算法。

同样,随着大型脉冲输入信号可以介绍LMS算法的不稳定性,可以使用一个较小的收敛系数测量参考信号时突然变得巨大。这可能导致一个稳定的FxLMS算法通过修改的步长自适应滤波器的更新 W ( z ) 通过替换 α 在( 1), α N 可以定义的 (2) α N = α x ^ T n x ^ n 。 在( 2), α N 过滤后的参考信号时变得越来越小 x ^ 突然大。这称为FxNLMS (filtered-x归一化LMS)。然而,当每个脉冲的时间间隔足够小,系统将回应不断在以前的响应完全衰减。因此,一个新的建议收敛系数可以写成 (3) α N C = k α x ^ T n x ^ n , 在新学期 k 增加了步长。因此, α N C 需要的地方 α 在( 1)写成 (4) w n + 1 = w n + α N C e x ^ 。 基于提出的控制算法( 4),活动的脉冲输入噪声最小化管道系统将在部分 3在细节。该算法可以自适应地跟踪输入信号中的巨大而突然变化表示 x ( t ) 在图 1,控制实验进行演示的可行性抑制脉冲输入噪声的谱图图像。

 3所示。实验装置 3.1。硬件设置

实时脉冲噪声控制,管实验系统已经建成。该系统包括dSPACE 1104数字信号处理器,亚克力管,最后一个主扬声器,次要的扬声器,麦克风一个错误在另一边端,功率放大器,信号调节器,重建滤波器,一个反锯齿过滤器,如图 2。错误主要扬声器和麦克风之间的距离是1800毫米。

实验设置的实时控制。

主要噪声是来自外部源的控制信号生成dSPACE 1104。实验的采样频率为6000赫兹。重建滤波器和反锯齿滤波器设计低通滤波器截止频率都是500赫兹。表 1显示组件的规格详细实验管道系统中使用。在实时控制实验中,固定长度的信号 x ^ 分母( 2FxNLMS)是100。

管道系统组件的规范。

组件 规范
管 丙烯,1800毫米
喇叭 三美sr - 100 - a50股指
麦克风 PCB 1/2′′377 b11
信号调整器 442年PCB b104
抗锯齿过滤器,重建滤波器 低通滤波器截止频率= 500 Hz
数字信号处理器 dSPACE DS1104
功率放大器 InterM QD4240
3.2。植物造型

二级管的路径系统的建模进行了控制系统的实现。频率响应函数(降维)和脉冲响应函数(IRF)在数据绘制 3(一个)和 3 (b),分别。

反应路径。润扬悬索桥(a)、(b) IRF。

了结构表明,有许多模式植物和阶段显示了线性属性在0和2000赫兹之间虽然有一些突然的变化在某些频率等约500 Hz, 1100 Hz如图 3(一个)。

世界宗教自由的长度达到约400样品直到响应足够的采样频率为6000赫兹,绘制图 3 (b)。然而,世界宗教自由长度来表示路径 年代 ^ ( z ) 只是50个样本,因为复杂的控制算法应用于实验。

 3.3。脉冲输入信号

脉冲输入信号设计结合half-sine海浪和白噪声测试的稳定性和性能控制算法对一些冲动的声音如部分所述 2。如图 4,这三个half-sine波77赫兹的频率,209 Hz, 431 Hz,分别设计对照实验。控制实验的采样频率为6000赫兹,这表明,39个样本实现77 Hz所需half-sine波图 4。和15 - 7样本用于209 Hz, 431 Hz half-sine波,分别。

Half-sine波77 Hz, 209 Hz, 431 Hz脉冲输入信号。

实际上,half-sine波的三种不同的模式代表了典型的脉冲噪声。例如,轿车的司机可以体验突然大脉冲噪声时经过颠簸在各种道路。在路上有许多不同的凸起的高度和长度。三half-sine一波又一波的77、209和431赫兹表示钝,介质,分别和尖锐的突起。白噪声在half-sine结合波的脉冲输入信号含有更多的现实背景干扰。

然后,三种脉冲输入的A, B, C被认为是如表所示 2。A型脉冲输入由随机间隔14冲动的77 Hz half-sine波与白噪声2秒。B型输入随机间隔14 209 Hz的冲动half-sine波与白噪声相同的时间。类型C输入包含随机间隔14冲动的77 Hz, 209 Hz, 431 Hz half-sine波与白噪声,绘制图 5。

管道系统组件的规范。

脉冲输入类型 信号的组合
一个 14 77 Hz half-sine波+白噪声
B 14 209 Hz half-sine波+白噪声
C 5 209 Hz的77 Hz + 5 + 4 431 Hz half-sine波+白噪声

C型脉冲输入14 half-sine波和白噪声。

half-sine波的数量为每个脉冲输入类型如图14 5。大小,间隔,每个half-sine波的迹象被随机决定的实验。C型脉冲输入由5 77 Hz, 5 209 Hz, 431 Hz的第4 half-sine波与白噪声。最大的大小14冲动在图 5被设计成1。每种类型作为脉冲输入 x ( t ) 信号图 1在这项研究的实时控制实验。

 4所示。结果和讨论

管道系统的实时控制实验对脉冲输入噪声的主要来源,这在表中定义 2和图 4在前一节中所示。

4.1。控制对A型脉冲输入

作为A型脉冲输入由77 Hz half-sine波主要,谱图和PSD绘制数据 6(一)和 6 (d)分别显示的主要频率成分之前观察到约80赫兹(最黑暗的部分)控制。也指出,有些憔悴的组件大约350赫兹,这是由于声波在管道模式。

实时控制结果与A型脉冲输入。(一)控制之前,(b) FxLMS控制后,(c) FxNLMS控制后,(d) PSD, (e)衰减。

光谱图,PSD和衰减图 6 (b), 6 (d), 6 (e)FxLMS控制后,分别对相同的输入类型表明减少17 ~ 25分贝达到200 Hz以下。尤其是主要频率成分约80赫兹大幅抑制。后的光谱图图像FxLMS控制图 6 (b)比以前变得相当光明的控制图 6(一)。

图的谱图 6 (c)后FxNLMS控制显示更加美好形象比后FxLMS控制图 6 (b)。衰减图在图 6 (e)说明了噪声抑制的频率范围扩展到约800赫兹和减少的数量达到约15 ~ 25分贝。

是观察到的衰减FxLMS略优于FxNMLS 50至100赫兹在图 6 (e)。在类型输入,必要的样本数量的77 Hz half-sine波是39的,因为采样频率为6000赫兹。固定长度的信号 x ^ 分母( 2FxNLMS)是100年在控制实验中,FxNLMS就会变得不那么有效波长的输入噪声相对较长。

如果信号的长度 x ^ 变得更长,然后控制有效性等低频50 - 100 Hz会更好。然而,高频率的有效性可能会变得更糟。因此,这可能是一个问题的选择更重要的频率范围控制。密集的实验后,100年的长度是决定开发更有效的算法对脉冲输入噪声的频率half-sine波改变77赫兹到431赫兹。

 4.2。控制对B型脉冲输入

作为B型脉冲输入包含209 Hz half-sine波,这些频率成分被取消后广泛FxLMS或FxNLMS控制如图 7。有人指出控制算法都是非常相似的表现低于约450赫兹的最大减少大约30 dB从数据可以看出 7 (d)和 7 (e)。谱图的图像数据 7(一), 7 (b), 7 (c)证明FxNLMS FxLMS算法比。

实时控制结果与B型脉冲输入。(一)控制之前,(b) FxLMS控制后,(c) FxNLMS控制后,(d) PSD, (e)衰减。

 4.3。控制对C型脉冲输入

作为C型脉冲输入有三个half-sine波77 Hz, 209 Hz, 431 Hz随机的大小和发生和白噪声,由于输入冲动导致的各种大小不同的振铃的时间每次冲动后,绘制在图 8 (b)FxLMS控制不能迅速抑制振铃的反应紧随其后的是脉冲在1.2秒左右。发现响反应一直持续到下一个脉冲发生。

实时控制结果对C型脉冲输入。(一)控制之前,(b) FxLMS控制后,(c) FxNLMS控制后,(d) PSD, (e)衰减。

然而,FxNLMS控制抑制振铃的反应很快呈现在图 8 (c)。这种差异表现的两种控制策略的重要性表明FxNLMS方法是非常有用的在这些系统对严重的脉冲输入喜欢轿车。此外,有人指出FxNLMS更为高效的控制性能等低频率77赫兹脉冲输入信号。整个衰减图中的两个算法的区别 8 (e)大约是5 ~ 10 dB的频率范围约70 ~ 200 Hz。谱图的图像在这个结果澄清的性能差异抑制混合脉冲输入(C型)。

表 3介绍了平均衰减分贝对三个脉冲输入类型,B或c,如数据绘制 6, 7, 8,三个谱图的差异图像是由脉冲输入不同引起的。FxNLMS算法嵌入实时数字控制器响应使用FxNLMS FxLMS自适应算法和自动对输入噪声。因此,谱图的图像必须是不同的,因为这两个算法是不同的。因为输入脉冲,FxNLMS显示更好的性能比大多数的频率范围的FxLMS总结如表 3。FxNLMS算法执行−16.97 dB,−18.24 dB和−17.80 dB对脉冲输入类型,B和C,分别。顺便说一下,FxLMS算法完成−13.44 dB,−18.03 dB,−15.77 dB在相同的顺序。这表明FxNLMS算法达到约3.5 dB, 0.2分贝,比FxLMS 2.0分贝衰减。

总体衰减在20 ~ 500赫兹。

脉冲输入类型 总体衰减
FxLMS FxNLMS
输入一个 −13.44 dB −16.97 dB
B型 −18.03 dB −18.24 dB
C型 −15.77 dB −17.80 dB

比较两种算法的性能对特别是C型脉冲输入预计更加实用,它是指出,FxNLMS提供了更好的稳定性,抑制共振的管道系统。最大的两个共振在约125 Hz, 325 Hz控制,绘制图 8 (d)是抑制更多关于7 ~ 15比FxLMS FxNLMS dB。

脉冲输入的频率变化使重要影响稳定和FxNLMS算法的性能,因为信号的长度 x ^ 分母( 2)FxNLMS非常相关的输入half-sine波频率。因此,如果有必要减少高频率脉冲输入,然后较短长度的信号 x ^ 是必需的。对低频脉冲噪音,更长的长度是更好的。如果half-sine冲动的频率的变化很小,不会影响大。

 5。结论

本研究提出了光谱图图像分析错误信号的主动控制系统对脉冲输入信号在一维管。改进的谱图的图像,一个新的规范化的因素 α N C 在更新方程实现了实时控制算法。

脉冲输入的频率变化使重要影响稳定和FxNLMS算法的性能,因为信号的长度 x ^ 在分母FxNLMS非常相关的输入half-sine波频率。

控制新算法结果显示稳定和优秀的反应相比之前控制。作为三种脉冲输入信号和白噪声独立生成,控制算法变弱的声音从17 dB−−18分贝新的标准化因素实时控制。另一方面,只有13分贝−−16分贝降低了FxLMS算法。改进后的算法也曾与一个稳定和性能对三种不同类型的脉冲输入信号。在这个研究结果可以用于实际的主动噪声控制系统。

 利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 承认

这项研究受到了资助(代码15 ccti - b062410 - 04 - 000000)从先进的水管理研究项目由土地、基础设施和运输的韩国政府。

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