振 动 与 冲 击
第 27 卷第4 期 JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.27 No.4 2008
一种改进型 FX 结构在线建模有源噪声抵消系统
基金 目: 水 声技术 国防 科技重 点实验室基金项目资助
(51445070101ZS2301)
收稿日期: 2007 - 10 - 17 修改稿收到日期:2007 - 11 - 26
第一作者 伭 炜 男,博士生,1980 年 12 月生
伭 炜, 鲍雪山, 徐新盛
(哈尔滨工程大学水声工程学院,哈尔滨 150001)
摘 要:
次级通道等声信道的存在是 AN C 系统区别于自适应信号处理的最主要特征。它们的存在使得系统不再
是一个单纯的电学问题,更多的涉及到声场的研究。次级通道使得控制滤波器产生的次级噪声不能立即和主输入噪声进
行相消干涉,这降低了系统的性能。正是由于这一通道的存在,建模速度和建模准确性将直接影响系统的性能。文中针
对水下潜艇被动声纳平台接收端有源降噪技术,提出一种新型的 FX 结构在线建模 A NC 系统,该系统增加了控制滤波器
误差输出预测滤波模块,降低了控制滤波器误差输出对建模的不利影响,大大提高了建模精度和系统收敛性能。通过计
算机仿真,以及对真实海试数据的处理结果可以直观的看到,该种方法使得系统的总体性能得到显著提高。
关键词: 声学;自适应有源噪声抵消(A ANC);在线建模;Filtere d - X L M S ; 白 噪 声
中图分类号:TB535 文献标识码:A
系统的应用环境设定在水下,不同于现在空间中
绝大多数 A N C 系统的研究
[1 - 4 ]
,由于潜艇被动声纳接
收端的特定环境,因此本系统待抵消噪声中包含有用
信号,在技术上相对要复杂许多。目前国内外还没有
水下有源降噪方面的试验和相关成果,因此本文首先
设计了水下有源降噪实验硬件系统方案,建立了相应
的系统模型。并利用该模型进行有源降噪仿真,验证
了该种有源降噪系统的可行性,为后续的有源噪声抵
消系统的水下试验提供有效的理论依据和实施方案。
建模方式可分为离线建模和在线建模两种。对于
时不变信道我们可以采用离线建模,即在 A N C 系统工
作前,利用建模滤波器对次级通道进行估计,工作中不
进行建模操作。这种方式简单、控制滤波器和建模滤
波器独立工作,相互不干扰。它在一些简单声场环境
中得到广泛应用,这些环境被简化为时不变或慢变的。
但是,更多的情况下次级通道往往是时变的,例如典型
的水下噪声抵消,水下信道随着载体的运动不断变化,
就必须采用在线建模方式对次级通道进行估计
[5]
。相
对离线建模,在线建模具有更大的难度和更重要的意
义,这将是本文的讨论重点,文中将通过一种新的系统
结构对现今较新的次级通道建模技术进行分析改进。
1 实验装置及系统结构设计
自适应有源噪声抵消(A A NC ) 技术是基于由初级
声源产生 的声场与次级声源产生的声场相消干涉原
理。图 1 所示为一个前馈型水下 AA N C 试验系统几何
布放模型。试验环境为消声水池,有源噪声抵消系统
的目标是抵消误差传感器处的噪声,而保留有用信号。
噪声信号(初级声源) 通过水介质进行传播,靠传感器
布放在噪声源的附近用于采集与噪声相关的信号以作
为自适应滤波器的参考输入。待抵消区域为一定范围
的三维空间。工作中,参考输入送入信号处理器后,经
自适应算法解析,将次级信号送于换能器,在一定区域
内实现与初级噪声的叠加,提高该区域内的信噪比。
接收与发射设备采用可灵活扩展的多通道设计,信号
处理系统主体采用高速芯片 DSP6713B。误差传感器
采集的信噪比变化数据通过信号处理器高速端口保存
于计算机中,以供后续数据分析
。
图 1 前馈型水下 A ANC 试验系统布放模型
假定噪声和有用信号是不相关的。为了简单分析
起见,图中并没有考虑参考传感器接收到有用信号
s(n),这一情形将会在后面的研究中另行详细分析。
H
1
(z)表示噪声源到参考传感器处的声通道的传递函
数;H
2
(z)表示次级源到参考传感器处的声通道(反馈
通道)的传递函数;H
3
(z)表示噪声源到误差传感器处
的声通道(初级通道)的传递函数;H
s
(z)表示次级源到
误差传感器的声通道(次级通道) 的传递函数。H
2
(z)
和H
s
(z)的存在是有源噪声抵消系统区别于电噪声抵
消系统的本质特征。
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