首页 / 专利库 / 电子零件及设备 / 变迹滤波器 / 用于自适应滤波的自调谐传递函数

用于自适应滤波的自调谐传递函数

阅读:152发布:2020-05-14

专利汇可以提供用于自适应滤波的自调谐传递函数专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本文献中所描述的技术可以体现在计算机实现的方法中,该方法包括:在一个或多个处理设备处接收表示一段时间内的自适应 滤波器 的系数集合的多个值;以及基于所述多个值来通过一个或多个处理设备标识与自适应滤波器的传递函数相关联的 相位 误差。该方法还包括:基于所标识的相位误差来调整与自适应滤波器的传递函数相关联的相位,使得使用经调整的传递函数计算的系数降低了相位误差。该方法还包括:基于经调整的传递函数来确定用于自适应滤波器的系数集合;以及使用所确定的系数集合对自适应滤波器进行编程以使能自适应滤波器的操作。,下面是用于自适应滤波的自调谐传递函数专利的具体信息内容。

1.一种用于自适应滤波的计算机实现的方法,包括:
在一个或多个处理设备处,接收表示一段时间内的自适应滤波器的系数集合的多个值;
基于所述多个值来通过所述一个或多个处理设备标识与所述自适应滤波器的传递函数相关联的相位误差;
基于所标识的相位误差来调整与所述自适应滤波器的所述传递函数相关联的相位,使得使用经调整的所述传递函数计算的系数减少所述相位误差;
基于经调整的所述传递函数确定用于所述自适应滤波器的系数集合;以及使用所确定的系数集合来编程所述自适应滤波器,以使能所述自适应滤波器的操作。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述相位误差基于所述系数的轨迹而被标识,所述轨迹表示所述系数在所述时间段内的变化。
3.根据权利要求2所述的方法,还包括:基于所述轨迹的方向偏斜来标识所述相位误差的符号。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述相位误差基于所述滤波器系数的频域表示而被标识。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述自适应滤波器被设置在主动噪声控制系统中。
6.根据权利要求5所述的方法,还包括:基于所述自适应滤波器的输出来生成控制信号,其中所述控制信号使得产生用于消除噪声信号的抗噪声信号。
7.根据权利要求6所述的方法,其中所述抗噪声信号的相位和幅度被配置成减少所述噪声信号的影响。
8.根据权利要求7所述的方法,其中用于所述自适应滤波器的所述系数集合还基于包括所述噪声信号的第一信号和在所述主动噪声控制系统内检测到的第二信号而被确定。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述第二信号包括误差信号,所述误差信号基于所述抗噪声信号对所述噪声信号的至少部分消除得到的残留噪声而被产生。
10.根据权利要求9所述的方法,其中调整与所述传递函数相关联的所述相位包括:
访问表示产生所述抗噪声信号的次级源和用于检测所述误差信号的传感器之间的路径的模型;
更新与所述模型相关联的至少一个参数;以及
基于更新后的所述模型来调整与所述自适应滤波器的所述传递函数相关联的所述相位。
11.根据权利要求6所述的方法,其中所述相位误差归因于以下中的一项或多项的改变:(i)设置所述主动噪声控制系统的环境,(ii)产生所述抗噪声信号的换能器,以及(iii)用于检测所述误差信号的传感器。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述环境包括汽车的内部。
13.根据权利要求1所述的方法,其中所述多个值中的每个值是在特定时间处的所述自适应滤波器的系数。
14.根据权利要求1所述的方法,其中调整与所述传递函数相关联的所述相位包括:在与所标识的相位误差相反的方向上将所述相位改变预定量。
15.根据权利要求14所述的方法,其中所述预定量被选择以使得所述自适应滤波器的稳定性准则被满足。
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述相位误差基于所述系数的频域表示而被标识。
17.根据权利要求1所述的方法,其中所述相位误差基于所述系数在复平面上的表示而被标识。
18.根据权利要求1所述的方法,其中所述自适应滤波器的输出用于生成用于消除由车辆引擎产生的谐波噪声的信号。
19.一种用于主动噪声控制的系统,包括:
主动噪声控制引擎,包括一个或多个处理器,被配置成:
接收表示一段时间内的自适应滤波器的系数集合的多个值;
基于所述多个值来标识与所述自适应滤波器的传递函数相关联的相位误差;
基于所标识的相位误差来调整与所述自适应滤波器的所述传递函数相关联的相位,使得使用经调整的所述传递函数计算的系数减少所述相位误差;
基于经调整的所述传递函数来确定用于所述自适应滤波器的系数集合;以及使用所确定的系数集合来编程所述自适应滤波器,以使能所述自适应滤波器的操作。
20.根据权利要求19所述的系统,其中所述相位误差基于所述系数的轨迹而被标识,所述轨迹表示所述系数在所述时间段内的变化。
21.根据权利要求20所述的系统,其中所述主动噪声控制引擎被配置成基于所述轨迹的方向偏斜来标识所述相位误差的符号。
22.根据权利要求19所述的系统,其中所述主动噪声控制引擎被配置成基于所述滤波器系数的频域表示来标识所述相位误差。
23.根据权利要求19所述的系统,还包括次级源,被配置成产生用于消除噪声信号的抗噪声信号。
24.根据权利要求23所述的系统,其中所述主动噪声控制引擎被配置成基于所述自适应滤波器的输出来生成控制信号,其中所述控制信号使得所述次级源产生所述抗噪声信号。
25.根据权利要求24所述的系统,其中所述相位误差归因于以下中的一项或多项的改变:(i)设置所述系统的环境,(ii)产生所述抗噪声信号的换能器,以及(iii)用于检测所述误差信号的传感器。
26.根据权利要求25所述的系统,其中所述环境包括汽车的内部。
27.根据权利要求23所述的系统,还包括误差传感器,被配置成检测残留噪声。
28.根据权利要求27所述的系统,其中用于所述自适应滤波器的所述系数集合基于所述噪声信号和所述残留噪声而被确定。
29.根据权利要求28所述的系统,其中所述残留噪声由所述抗噪声信号对所述噪声信号的部分消除而得到。
30.根据权利要求19所述的系统,其中所述相位误差基于所述系数的频域表示而被标识。
31.根据权利要求19所述的系统,其中所述相位误差基于所述系数在复平面上的表示而被标识。
32.根据权利要求19所述的系统,其中所述自适应滤波器的输出用于生成用于消除由车辆引擎产生的谐波噪声的信号。
33.一种机器可读存储设备,所述机器可读存储设备上编码有计算机可读指令,所述计算机可读指令用于使一个或多个处理器执行操作,所述操作包括:
接收表示一段时间内的自适应滤波器的系数集合的多个值;
基于所述多个值来标识与所述自适应滤波器的传递函数相关联的相位误差;
基于所标识的相位误差来调整与所述自适应滤波器的所述传递函数相关联的相位,使得使用经调整的所述传递函数计算的系数减少所述相位误差;
基于经调整的所述传递函数来确定所述自适应滤波器的系数集合;以及
使用所确定的系数集合来编程所述自适应滤波器,以使能所述自适应滤波器的操作。
34.根据权利要求33所述的机器可读存储设备,其中所述相位误差基于所述系数的轨迹而被标识,所述轨迹表示所述系数在所述时间段内的变化。
35.根据权利要求33所述的机器可读存储设备,其中所述相位误差基于所述系数的频域表示而被标识。

说明书全文

用于自适应滤波的自调谐传递函数

技术领域

[0001] 本公开通常涉及主动噪声控制。

背景技术

[0002] 主动噪声控制涉及通过生成经常被称为“抗噪声”的基本上相反的信号,来消除不希望的噪声。发明内容
[0003] 在一个方面,本文献的特点在于一种计算机实现的方法,其包括:在一个或多个处理设备处接收表示一段时间内的自适应滤波器的系数集合的多个值;以及基于所述多个值来通过一个或多个处理设备标识与自适应滤波器的传递函数相关联的相位误差。该方法还包括:基于所标识的相位误差来调整与自适应滤波器的传递函数相关联的相位,使得使用经调整的传递函数计算的系数降低了相位误差。该方法还包括:基于经调整的传递函数来确定用于自适应滤波器的系数集合;以及使用所确定的系数集合对自适应滤波器进行编程以使能自适应滤波器的操作。
[0004] 在另一方面,本文献的特点在于一种系统,其包括主动噪声控制引擎。主动噪声控制引擎包括一个或多个处理器,并且被配置成接收表示一段时间内的自适应滤波器的系数集合的多个值,并且基于所述多个值来标识与自适应滤波器的传递函数相关联的相位误差。该主动噪声控制引擎还被配置成基于所标识的相位误差来调整与自适应滤波器的传递函数相关联的相位,使得使用经调整的传递函数计算的系数降低了相位误差。该主动噪声控制引擎还被配置成基于经调整的传递函数来确定用于自适应滤波器的系数集合;以及使用所确定的系数集合对自适应滤波器进行编程以使能自适应滤波器的操作。
[0005] 在另一方面,本文献的特点在于一种计算机可读存储设备,其上编码有计算机可读指令,其当由处理器执行时,使处理器执行操作,这些操作包括:接收表示一段时间内的自适应滤波器的系数集合的多个值;以及基于所述多个值来标识与自适应滤波器的传递函数相关联的相位误差。该操作还包括:基于所标识的相位误差来调整与自适应滤波器的传递函数相关联的相位,使得使用经调整的传递函数计算的系数降低了相位误差。该操作还包括:基于经调整的传递函数来确定用于自适应滤波器的系数集合;以及使用所确定的系数集合对自适应滤波器进行编程以使能自适应滤波器的操作。
[0006] 上述方面的实现方式可以包括以下各项中的一项或多项。可以基于系数的轨迹来标识相位误差,该轨迹表示一段时间内的系数的变化。可以基于轨迹的方向偏斜来标识相位误差的符号。可以基于滤波器系数的频域表示来标识相位误差。自适应滤波器可以设置在主动噪声控制系统中。可以基于自适应滤波器的输出来生成控制信号。控制信号可以使得产生用于消除噪声信号的抗噪声信号。抗噪声信号可以由次级源产生。抗噪声信号的相位和幅度可以被配置成减少噪声信号的影响。误差传感器可以被配置成检测残留噪声。残留噪声可能由通过抗噪声信号部分消除噪声信号产生。还可以基于包括噪声信号的第一信号和在主动噪声控制系统内检测到的第二信号来确定用于自适应滤波器的系数集合。第二信号可以包括经由通过抗噪声信号至少部分消除噪声信号而产生的误差信号。调整与传递函数相关联的相位可以包括:访问表示产生抗噪声信号的次级源和用于检测误差信号的传感器之间的路径的模型;更新与模型相关联的至少一个参数;以及基于所更新的模型来调整与自适应滤波器的传递函数相关联的相位。表示轨迹的多个值中的每个值可以是特定时间的自适应滤波器的系数。与系数的轨迹相关联的相位误差可以是由于以下各项的改变:(i)其中设置主动噪声控制系统的环境;和/或(ii)产生抗噪声信号的换能器;和/或(iii)用于检测误差信号的传感器。环境可以包括汽车的内部。可以通过在与所标识的相位误差相反的方向上将相位改变预定量来调整与传递函数相关联的相位。可以选择预定量,使得满足自适应滤波器的稳定性准则。可以基于系数的频域表示来标识与系数的轨迹相关联的相位误差。可以基于系数在复平面上的表示来标识与系数的轨迹相关联的相位误差。自适应滤波器的输出可以用于生成用于消除由车辆引擎产生的谐波噪声的信号。
[0007] 本文中所描述的各种实现方式可以提供以下优点中的一个或多个优点。通过动态地更新与自适应滤波器相关联的传递函数的相位,可以使自适应滤波器相对于环境的动态改变进行自调谐。在一些情况下,这可能会积极地影响自适应滤波器系数和噪声消除的收敛。在一些情况下,可以实现这些积极效果,而不会对稳定性产生显著的不利影响。主动噪声控制系统可以部署在可以快速改变的环境中(例如,在车辆中,其中,摇下窗户或将大型物品放置在车厢内部可能影响声学环境)。通过在自适应滤波器中提供自调谐传递函数,可能降低对潜在昂贵且耗时的手动调谐的需求。
[0008] 在本公开中描述的两个或多个特点(包括在本发明内容中描述的那些特点)可以被组合以形成本文中未具体描述的实现方式。
[0009] 一个或多个实现方式的细节在附图和下文的描述中进行阐述。其他特征、目的和优点将从描述和附图以及权利要求书中变得明显。

附图说明

[0010] 图1是示出了主动噪声控制(ANC)系统的示例的图。
[0011] 图2是图示了ANC系统的原理的曲线图。
[0012] 图3是示例ANC系统的框图
[0013] 图4A至图4C是图示了各种条件下滤波器系数的轨迹的曲线图。
[0014] 图5A示出了在滤波器传递函数中存在负的初始相位误差时的滤波器系数轨迹的示例。
[0015] 图5B是图5A的滤波器系数的频域表示。
[0016] 图5C示出了在滤波器传递函数中存在正的初始相位误差时的滤波器系数轨迹的示例。
[0017] 图5D是图5C的滤波器系数的频域表示。
[0018] 图6A至图6D图示了其中传递函数相位没有被动态调整的示例。
[0019] 图7A至图7D图示了传递函数相位被动态调整的示例。
[0020] 图8是使用动态调整后的传递函数来生成自适应滤波器系数的示例性过程的流程图

具体实施方式

[0021] 本申请描述了用于实现高效且有效的主动噪声控制(ANC)系统的技术。
[0022] 声学噪声控制系统被用于消除或减少由诸如引擎、鼓机、风扇、变压器压缩机等设备产生的不希望或不愉快的噪声。声学噪声控制还可以用于汽车或其他运输系统(例如,汽车、卡车、公共汽车、飞机、船只或其他车辆),以抵消或衰减由例如机械振动或引擎谐波产生的不希望的噪声。
[0023] 在一些情况下,主动噪声控制(ANC)系统可以用于衰减或消除不希望的噪声。在一些情况下,ANC系统可以包括电声系统或机电系统,其可以被配置成基于叠加原理来消除至少一些不希望的噪声(经常被称为主要噪声)。这可以通过标识主要噪声的幅度和相位并且产生大约相等幅度和相反相位的另一信号(通常被称为抗噪声)来完成。适当的抗噪声与主要噪声相结合,使得两者基本上被消除(例如,在规范或可接受的公差内消除)。在这方面,在本文中所描述的示例实现方式中,“消除”噪声可以包括:将“已消除的”噪声减少到指定平或在可接受的公差内,并且不需要完全消除所有噪声。ANC系统可以用于衰减宽范围的噪声信号,包括使用被动噪声控制系统可能不易衰减的低频噪声。在一些情况下,ANC系统在尺寸、重量、体积和成本方面提供可行的噪声控制机制。
[0024] 图1示出了用于消除由噪声源105产生的噪声的主动噪声控制系统100的示例。该噪声可以被称为主要噪声。系统100包括参考传感器110,其检测来自噪声源105的噪声并且向ANC引擎120提供信号(例如,以数字信号x(n)的形式)。ANC引擎120产生提供给次级源125的抗噪声信号(例如,以数字信号y(n)的形式)。次级源125产生消除或降低主要噪声的影响的信号。例如,当主要噪声是声学信号时,次级源125可以被配置成产生抵消或降低声学主要噪声的影响的声学抗噪声。任何消除误差都可以被误差传感器115检测到。误差传感器115向ANC引擎120提供信号(例如,以数字信号e(n)的形式),使得ANC引擎可以相应地修改抗噪声产生过程以减少或消除误差。
[0025] 噪声源105和误差传感器110之间的部件通常被统称为主要路径130,并且次级源125和误差传感器115之间的部件通常被统称为次级路径135。例如,在用于消除声学噪声的ANC系统中,主要路径可以包括噪声源和误差麦克风之间的声学距离,并且次级路径可以包括产生声学抗噪声的扬声器和误差麦克风之间的声学距离。主要路径130和/或次级路径
135还可以包括附加部件,诸如ANC系统的部件或其中部署ANC系统的环境。例如,次级路径可以包括ANC引擎120、次级源125和/或误差传感器115的一个或多个部件。在一些实现方式中,次级路径可以包括ANC引擎120和/或次级源125的电子部件,诸如一个或多个数字滤波器放大器、数模(D/A)转换器、模数(A/D)转换器和数字信号处理器。在一些实现方式中,次级路径还可以包括与次级源125相关联的电声响应、与次级源125相关联的声学路径和与误差传感器115相关联的动态分析。对上述部件中的一个或多个部件的动态改变可以影响次级路径的模型,其又影响ANC系统的性能。
[0026] ANC引擎120可以包括自适应滤波器,该自适应滤波器的系数可以基于主要噪声的变化而自适应地改变。滤波器系数的变化可以在N维空间中表示,其中,N是与自适应滤波器相关联的系数数目。例如,二抽头滤波器(例如,具有两个系数的滤波器)的系数变化可以在二维平面上表示。相应空间中的滤波器系数的时变路径可以被称为与自适应滤波器相关联的滤波器系数轨迹。可以例如基于与自适应滤波器相关联的传递函数来生成自适应滤波器的时变系数。可以基于次级路径的特点来生成传递函数,其在一些情况下不随时间变化。然而,在一些情形下,次级路径135的电声特点可以根据时间变化。本文献中描述的示例实现方式允许基于滤波器系数轨迹动态地更新次级路径135的模型,从而导致可接受的噪声消除水平。
[0027] 噪声源105可以具有各种类型。例如,噪声源105可以是与汽车、飞行器、船或船只或机车相关联的车辆引擎。在一些实现方式中,噪声源105可以包括诸如加热、通风空调(HVAC)系统、箱、排风扇、洗衣机割草机真空吸尘器加湿器或除湿器之类的器具。噪声源105还可以包括工业噪声源,诸如工业风扇、空气管道、烟囱、变压器、发电机、鼓风机、压缩机、链锯、风洞、嘈杂的工厂或办公室。对应地,主要路径130包括噪声源105与参考传感器110所在位置之间的声学路径。例如,为了减少由HVAC系统而引起的噪声,参考传感器110可以设置在空气管道内以检测对应的主要噪声。由噪声源105生成的主要噪声可以包括谐波噪声。
[0028] 可以基于主要噪声的类型来选择参考传感器110。例如,当主要噪声是声学噪声时,参考传感器110可以是麦克风。在主要噪声由声学源以外的源产生的实现方式中,可以相应地选择参考传感器110。例如,当主要噪声是来自引擎的谐波噪声时,参考传感器110可以是转速计。因此,本文献中描述的示例ANC技术可以应用于使用适当的参考传感器110和次级源来抵消或减少不同类型噪声的影响。例如,为了控制结构振动,参考传感器110可以是运动传感器(例如,加速度计)或压电传感器,并且次级源125可以是机械致动器,其可以被配置成产生适当的振动抗噪声。
[0029] 在一些实现方式中,次级源125可以被定位成使得由次级源125产生的声学信号降低了主要噪声的影响。例如,如果系统100被设置成减少汽车车厢内的引擎噪声的影响,则次级源125设置在车厢内。在该示例中,次级源125被配置成产生消除或减少目标环境内的主要噪声的影响的声学信号。这以图2所示的示例图示。在图2中,目标是消除或减少由波205表示的声学信号的影响。在这种情况下,次级源125可以被配置成产生由波210表示的声学信号,以消除或减少由波210表示的信号的影响。由波210表示的信号的幅度和相位可以被配置成使得两个信号的叠加有效地消除彼此的影响。注意,声学信号是纵波,并且为了说明的目的,使用横波205和210表示。
[0030] 在一些情况下,主要噪声的特点可能随时间而变化。在这种情况下,由次级源125产生的声学信号可能不会立即将主要噪声降低到期望的水平。在一些情况下,这可能导致由误差传感器115检测到的残留噪声。因而,误差传感器115向ANC引擎120提供信号(例如,数字信号e(n)),该ANC引擎120调整输出(例如,y(n)),该输出以使减少残留噪声的方式提供给次级源。因此,在一些实现方式中,误差传感器115设置在目标环境中。例如,当ANC系统被设置成用于减少汽车车厢内的引擎噪声时,误差传感器115可以设置在车厢内的可能有效地检测到残留噪声的位置。
[0031] ANC引擎120可以被配置成处理由参考传感器110和误差传感器115检测到的信号,以产生提供给次级源125的信号。ANC引擎120可以具有各种类型。在一些实现方式中,ANC引擎120基于前馈控制,其中,在噪声到达次级源(诸如次级源125)之前,主要噪声被参考传感器110感测到。在一些实现方式中,ANC引擎120可以基于反馈控制,其中,ANC引擎120尝试基于由误差传感器115检测到的残留噪声并且在没有利用参考传感器110情况下来消除主要噪声。
[0032] ANC引擎120可以被配置成控制各种频带中的噪声。在一些实现方式中,ANC引擎120可以被配置成控制诸如白噪声之类的宽带噪声。在一些实现方式中,ANC引擎120可以被配置成控制窄带噪声,诸如来自车辆引擎的谐波噪声。本文献中所描述的技术主要使用诸如单输入单输出(SISO)、单频ANC系统之类的窄带自适应前馈ANC系统的示例来说明。然而,诸如多输入多输出(MIMO)、基于反馈的和/或宽带ANC系统之类的其他ANC系统也在本公开的范围内。
[0033] 在一些实现方式中,ANC引擎120包括自适应数字滤波器,该自适应数字滤波器的系数可以基于例如主要噪声的变化来调整。在一些实现方式中,ANC引擎是数字系统,其中,使用诸如数字信号处理器(DSP)、微控制器微处理器之类的处理设备对来自参考传感器和误差传感器(例如,电声或机电换能器)的信号进行采样和处理。这样的处理设备可以用于实现由ANC引擎120使用的自适应信号处理过程。
[0034] 图3是框图,其示出了示例ANC系统300的实现细节。ANC系统300包括适应于在z域中由P(z)表示的未知环境305的自适应滤波器。在本文献中,频域函数可以以它们的z域表示来表示,而对应的时域(或样本域)表示是n的函数。在本示例中,主要路径包括参考传感器和误差传感器之间的声学路径。还有,在该示例中,次级路径315的传递函数表示为S(z)。自适应滤波器310(表示为W(z))可以被配置成跟踪环境305的时间变化。在一些实现方式中,自适应滤波器310可以被配置成减少(例如,基本上最小化)残留误差信号e(n)。因此,自适应滤波器310被配置成使得自适应滤波器310的目标输出y(n)在由次级路径处理时基本上等于主要噪声d(n)。当由次级路径处理时,输出可以表示为y'(n)。在该示例中,主要噪声d(n)是由未知环境305处理的源信号x(n)。因此,比较图3与设置在汽车中的ANC系统的示例,次级路径315因此可以包括次级源125和/或次级源125和误差传感器115之间的声学路径。当d(n)和y(n)组合,对于完美消除,残差为e(n),其基本上等于零,而对于不完美消除,残差不为零。
[0035] 在一些实现方式中,可以基于使用自适应引擎320实现的自适应过程来更新自适应滤波器310的滤波器系数。可以使用诸如DSP、微控制器或微处理器之类的处理设备来实现自适应引擎320,并且可以被配置成基于误差信号e(n)和/或源信号x(n)来更新自适应滤波器310的系数。在一些实现方式中,还可以使用在由次级路径处理时的源信号的版本。这样的信号可以表示为:
[0036]
[0037] 其中, 是次级路径脉冲响应的第M阶估计,并且 是对应的z域表示。
[0038] 自适应滤波器310可以包括多个可调整系数。为了说明的目的,下文的描述使用具有系数w0和w1的二抽头滤波器的示例。还可以使用本文中所描述的技术来实现高阶滤波器。对于二抽头滤波器,时变系数w0和w1可以表示为:
[0039]
[0040]
[0041] 其中
[0042] x0(n)=A cos(ω0n)和x1(n)=A sin(ω0n)表示x(n)的正交基函数,ω0是x(n)的频率,μ表示步长的标量,即,控制在每次迭代中向目的地调整多少系数的变量。
[0043] 自适应引擎320可以被配置成以各种方式更新自适应滤波器系数。例如,自适应引擎320可被配置成实现最小均方(LMS)过程以更新滤波器系数。例如,滤波系数的向量可以更新为:
[0044]
[0045] 其中
[0046] ξ(n)≡E[e2(n)]是均方误差;并且
[0047]
[0048]
[0049] 进一步地,因为
[0050] e(n)=d(n)-wT(n)x(n)
[0051]
[0052] 并且滤波系数的向量可以更新为:
[0053] w(n+1)=w(n)+-μx(n)e(n)
[0054] 在一些实现方式中,自适应引擎320可以被配置成实现使用仿射投影的经滤波的X-LMS(FxLMS)过程。在该过程中,自适应引擎320可以被配置成使用过去数据来确定未来系数。在一些实现方式中,使用FxLMS过程,滤波器系数的向量可以确定为:
[0055] w(n+1)=w(n)+-μXap(n)eap(n)
[0056] 其中,Xap是表示与系数有关的历史数据的矩阵,而列数等于历史样本的数目,并且行数等于自适应系数的数目。eap是表示对应的历史误差数据的向量。例如,对于二抽头滤波器和五个历史样本,Xap是具有两行和五列的矩阵,eap是五个元素的向量。在一些实现方式中,由自适应引擎320所使用的历史样本的数目可以通过实验确定,或者基于理论准则来确定。在本文献中使用的示例中,将历史样本的数目作为与被消除的频率相对应的一个完整周期中的样本的数目。
[0057] 在N维空间(其中,N是系数的数目)中表示的滤波器系数的变化可以被称为滤波器系数轨迹。例如,当前示例的二抽头滤波器的系数变化可以在二维平面上表示(如图4A和图4B所示),而两个系数沿着两个正交轴线表示。图4A示出了自适应滤波器传递函数中没有相位误差的示例405。在这种情况下,滤波器系数轨迹以如图4A所示的基本线性的方式从初始点410延伸到终点415。在本文中所描述的示例中,自适应滤波器系数被初始化为[0,0],并且被消除的噪声信号具有[-1,0]的复相量。因此,自适应滤波器系数的轨迹的初始点410是原点,并且期望的目的地或最终点415是[1,0]。
[0058] 然而,在实际情形下,基于次级路径的传递函数的变化,在自适应滤波器的传递函数中引入相位误差。次级路径的传递函数的变化可能是由于各种原因。在ANC系统设置在汽车中的示例中,次级路径的传递函数或模型可以取决于次级源(例如,产生抗噪声的扬声器)与误差传感器(诸如设置在车厢中的麦克风)之间的声学路径。在车辆的使用寿命期间,这些量可能会因为一系列原因而改变:诸如由于打开/关闭窗户、重新布置座椅或在车厢中放置大量行李所引起的车厢声学变化。在一些情况下,次级路径还可能受到次级源和/或误差感测麦克风的机械性能(例如,声顺(compliance))的改变的影响。次级路径的模型或传递函数中的这种变化可能又引入自适应滤波器的传递函数中的相位误差。
[0059] 在自适应滤波器的传递函数中存在相位误差的情况下,初始点410与终点415之间的滤波器轨迹是非线性的。这在图4B所示的示例420中图示,其中,滤波器系数在被表示为二维平面上的螺旋的轨迹中收敛到终点415。在图4B的示例中,即使滤波器传递函数包括相位误差,滤波器系数也被示出为收敛。在某些情况下,如果滤波器传递函数的相位误差超过公差水平,则系数不会收敛,从而导致系统不稳定。例如,大幅度的误差可能导致大的步长,其导致误差增加而不是减小,从而使系统不稳定。图4C中示出了示例425,其中,滤波器轨迹从初始点410螺旋向外,从而使滤波器不稳定。
[0060] 在一些实现方式中,可以通过标识与传递函数相关联的相位误差并且基于所标识的相位误差来调整传递函数的相位来改善自适应滤波器的稳定性,使得使用经调整的传递函数计算的较新的系数减少相位误差。这可以例如通过标识相位误差的幅度和符号并且在相反方向上调整相位来完成。经调整的相位考虑了次级路径的动态改变,从而允许有效的主动噪声控制。
[0061] 在一些实现方式中,可以使用滤波器系数的轨迹的表示来标识相位误差的性质。例如,轨迹的性质可以用于标识相位误差是负的还是正的。这使用图5A所示的示例505来说明。其示出了在二维平面上表示的二抽头滤波器的滤波器轨迹510。在该示例中,轨迹相对于x轴的初始正度指示存在负的初始相位误差。负的初始相位误差导致滤波器轨迹在终点处收敛之前遵循顺时针螺旋。图5C示出了轨迹相对于x轴的初始负角度指示存在正的初始相位误差的另一示例。正的初始相位误差导致滤波器轨迹在终点处收敛之前遵循逆时针螺旋。
[0062] 在一些实现方式中,还可以基于滤波器系数的频域表示来标识相位误差的性质。这使用图5B和图5D的示例来说明,其示出了图5A和图5C的滤波器系数的频域表示。图5B所描绘的示例520表示[w1(n)+jw2(n)]的快速傅里叶变换(FFT),w1(n)和w2(n)是二抽头滤波器的系数。如图5B的示例520所示,负的初始相位误差在频域中表现为附加峰或主峰528左侧的旁瓣525。进一步地,如图5D的示例535所示,正的初始相位误差在频域中表现为附加峰或主峰542右侧的旁瓣540。
[0063] 因此,可以从滤波器系数轨迹的性质或滤波器系数轨迹的频域表示来标识与自适应滤波器的传递函数相关联的相位误差的符号。然后,该信息可以用于校正相位误差,使得误差减少。在一些实现方式中,这导致更快的收敛,因此允许ANC系统更快地适应包括次级路径在内的环境的动态改变。这可以通过例如通过调整系数较少次数(即,利用增加的步长)来完成。在一些情况下,步长增加可以有助于减少总体等待时间。然而,在缺乏关于传递函数相位误差的知识的情况下,步长增加可以允许误差偏离公差极限,导致系统变得不稳定。这在图6A至图6D的示例中示出。在该模拟示例中,如图6A所示,在0.4秒引入0.65周期的相位误差。所引入的误差在传递函数的稳定相位裕度之外,并且没有执行传递函数相位校正。如图6B和图6C所示,这导致误差增加,最终使系统不稳定。图6B示出了均方误差中的变化(以dB为单位),而图6C示出了误差幅度的对应变化。对应的滤波器系数轨迹610在图6D中示出,其示出了螺旋离开二维平面上的终点[1,0]的轨迹。
[0064] 在一些实现方式中,了解相位误差的性质允许确定增加的步长(表示为μ),而不增加系统变得不稳定的风险。一旦确定,对于收敛过程,步长可以保持基本上不变。这在图7A至图7D的示例中图示。在该模拟示例中,如图7A所示,在0.4秒时引入了0.65周期的相同的相位误差(如图6A至图6D的示例一样)。所引入的误差再次超出传递函数的稳定相位裕度,但在这种情况下,执行了传递函数相位校正。如图7B和图7C所示,这导致误差在引入相位误差后短暂增加之后收敛到稳态值。对应的滤波器系数轨迹710在图7D中示出,其示出了收敛到二维平面上的终点的轨迹。
[0065] 因此,在一些示例中,可以基于标识与自适应滤波器的传递函数相关联的相位误差来实现稳定和快速收敛的ANC。图8示出了用于使用经调整的传递函数来生成自适应滤波器系数的示例过程800的流程图。过程800的示例操作包括:接收表示一段时间内的自适应滤波器的系数的多个值(810)。在一些实现方式中,自适应滤波器可以设置在ANC系统(诸如用于消除车辆中的谐波噪声的ANC系统)内。在一些实现方式中,多个值可以表示自适应滤波器的系数的轨迹。在一些实现方式中,多个值可以表示系数的频域表示。例如,多个值可以表示基于自适应滤波器的多个系数导出的FFT值。
[0066] 操作还包括:基于多个值来标识与自适应滤波器的传递函数相关联的相位误差(820)。在一些实现方式中,例如,基于滤波器系数的轨迹的方向偏斜来标识相位误差。例如,在轨迹在二维平面上表示的二抽头滤波器的情况下,轨迹的初始部分相对于x轴的正角度可以指示存在负的相位误差。相反,轨迹的初始部分相对于x轴的负角度可以指示存在正的相位误差。在一些实现方式中,还可以基于标识轨迹是顺时针还是逆时针来确定相位误差的符号。例如,顺时针轨迹可以指示存在负的相位误差,并且逆时针轨迹可以指示存在正的相位误差。
[0067] 在一些实现方式中,还可以基于滤波器系数轨迹的频域表示来确定相位误差的符号。例如,相位误差的符号可以基于次峰或旁瓣相对于表示作为滤波器消除目标的频率的主峰的相对位置来确定。如上文在图5B和图5D所图示的,对于二抽头滤波器,可以基于确定次峰或旁瓣分别是在主峰的左侧还是右侧来标识负的相位误差或正的相位误差。
[0068] 这些操作还可以包括:基于所标识的相位来调整传递函数的相位(830)。可以调整传递函数的相位,例如,以减少相对于参考(诸如相位误差的先前值)的相位误差。例如,可以调整传递函数的相位,使得使用经调整的传递函数计算的系数相对于参考减少相位误差。在一些实现方式中,调整传递函数的相位包括:访问次级路径的模型;以及更新与模型相关联的至少一个参数。然后,基于更新后的模型来调整相位。在一些实现方式中,调整相位可以包括:在与所标识的相位误差的方向相反的方向上以预定量改变相位。可以选择预定量,例如,使得满足自适应滤波器的稳定性准则。
[0069] 该操作还包括:基于经调整的传递函数来确定用于自适应滤波器的系数集合(840)。在一些实现方式中,使用所确定的系数集合产生的自适应滤波器输出用于生成导致产生用于消除主要信号的抗噪声信号的控制信号。例如,为了消除主要声学噪声,控制信号可以用来生成声学抗噪声信号。抗噪声信号的相位和幅度可以被配置成使得抗噪声信号消除或降低主要噪声的影响。在一些实现方式中,还可以基于包括主要噪声的信号和在ANC系统内检测到的误差信号来确定自适应滤波器的系数集合。误差信号可以表示在通过抗噪声信号至少部分消除主要噪声之后的残留噪声。
[0070] 本文中所描述的功能性或其部分以及其各种变型(以下被称为“功能”)可以至少部分地经由计算机程序产品来实现,例如,在信息载体中有形地体现的计算机程序,诸如一个或更多非暂态机器可读介质或存储设备,用于由一个或多个数据处理装置(例如,可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑部件)执行或控制其操作。
[0071] 计算机程序可以以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)编写,并且可以以任何形式(包括作为独立程序或模、部件、子程序或适合用于计算环境中的其他单元)设置。计算机程序可以被设置成在一个计算机上或在一个地点处的多个计算机上执行,或在分布在多个地点上并且通过网络互连的多个计算机上执行。
[0072] 与实现全部或部分功能相关联的动作可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行以执行校准过程的功能。全部或部分功能可以实现为专用逻辑电路,例如,FPGA和/或ASIC(专用集成电路)。
[0073] 适用于执行计算机程序的处理器例如包括通用微处理器和专用微处理器以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常,处理器将从只读存储器随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的部件包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。
[0074] 本文中未具体描述的其他实施例也在所附权利要求的范围内。本文中所描述的不同实现方式的元素可以组合以形成上文没有具体阐述的其他实施例。元素可能在本文中所描述的结构之外,而不会对其操作产生不利影响。此外,各种单独的元素可以组合成一个或多个单独元素以执行本文中所描述的功能。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈