申请/专利权人：中国人民解放军海军潜艇学院

申请日：2023-04-14

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN116439913B

主分类号：A61F11/14

分类号：A61F11/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2023.08.04#实质审查的生效;2023.07.18#公开

摘要：本发明属于听力防护耳罩技术领域，具体地涉及一种船用主动听力防护型耳罩及其防护方法。耳罩包括耳弓，耳弓的两端设置有耳罩，耳罩上设置有扬声器，扬声器的外侧设置有参考传声器，扬声器的内侧设置有误差传声器。防护方法为：步骤1：建立基于船用主动听力防护型耳罩的改进型前馈型主动防护策略结构，将前馈型主动防护策略结构改进为改进型前馈型主动防护策略结构；步骤2：建立基于船用主动听力防护型耳罩的反馈型主动防护策略结构；步骤3：步骤1和步骤2结合，建立复合型主动防护策略结构。本发明能提升主动防护耳罩中有源控制技术鲁棒性和降噪效率，拓宽了有源噪声控制频段，提升了防护效果和降噪效果，以及控制系统运行可靠性和稳定性。

主权项：1.一种船用主动听力防护型耳罩防护方法，其特征在于：包括：步骤1：建立基于船用主动听力防护型耳罩的前馈型主动防护策略结构，然后进一步将前馈型主动防护策略结构改进为改进型前馈型主动防护策略结构；步骤2：建立基于船用主动听力防护型耳罩的反馈型主动防护策略结构；步骤3：将步骤1和步骤2的防护策略结构结合，建立复合型主动防护策略结构；船用主动听力防护型耳罩包括耳弓1，所述耳弓1的两端设置有耳罩2，所述耳罩2内设置有扬声器3，所述扬声器3的外侧设置有参考传声器4，所述扬声器3的内侧设置有误差传声器5；所述步骤1的前馈型主动防护策略结构具体为：en＝dn+yn1 Wn+1＝Wn-μenX′n4其中，Pn、Sn、分别为主通道、次级通道和次级通道估计值，xn、x′n、dn、un、yn、en、μ分别为外界噪声、时延参考信号、主通道响应、控制器输出信号、扬声器输出次级声源、残余噪声及步长因子，Pn为外部噪声xn与误差传声器之间物理路径，Sn为扬声器与误差传声器之间物理路径，Xn为n时刻外界噪声xn的序列，Wn为滤波器，Un为un组成M×1阶矢量序列，X′n为Xn经次级通道估计值后的参考信号，前馈型主动防护策略结构需通过离线或在线方式获得次级通道估计值并将其作用于xn来补偿次级通道影响，滤波信号x′n再作用于前馈型结构，获得控制信号un和输出信号yn并利用误差传声器获得误差残余量en，并由LMS算法调整滤波系数；所述步骤1的改进型前馈型主动防护策略结构具体为：受扬声器扰动后外界噪声演变为xcn： 其中，为n时刻内部反馈通道输出，定义Qn为内部反馈通道，Qn用M阶有限脉冲响应滤波器代替，则Qn系数如下：Qn＝[q0nq1n...qM-1n]T6由扬声器传递至参考传声器的信号xn表示为： 式中，Un是由当前及过去时刻滤波器Wn输出所构成的M×1阶矢量：Un＝[unun-1...un-M+1]T8则当前激励信号表示为： 其中，Xcn、Wn分别是滤波器在n时刻叠加信号采样序列、参考延时采样序列和滤波器权值矢量： 式中，滤波器Wn输出un表示为： 联立式9及11有：Un＝WTnXcn＝WTnXn+QnTUn12整理后引入内部反馈通道后的控制器输出为： 由此，反馈通道使滤波器Wn修正为当反馈通道传递函数Qn＝0时，W′n将退化为无内部反馈的滤波自适应控制算法结构，具体如步骤1所示的前馈型主动防护策略结构；所述步骤2建立基于船用主动听力防护型耳罩的反馈型主动防护策略结构具体为：船用主动听力防护型耳罩的反馈型主动防护策略结构中dn、en、un、yn与前馈控制含义相同，为通过残余噪声信号和控制信号数字合成的参考信号，d′n是参考信号经滤波后所得信号；反馈型主动防护策略结构中参数物理含义与前馈型主动防护策略结构和改进型前馈型主动防护策略结构相同，反馈型主动防护策略结构残差信号en仍为dn和次级通道Sn输出yn之和：en＝dn+yn14将滤波器Wn输出un用卷积运算表示为： 其中，Wn分别是滤波器在n时刻参考延时采样序列和滤波器权值矢量： Wn＝[w0nw1n...wN-1n]T17当次级通道Sn也用M阶有限脉冲响应滤波器代替时，则Sn的权值系数如下：Sn＝[s0ns1n...sM-1n]T18式中，sin为n时刻Sn第i个脉冲响应系数，则次级通道Sn输出yn为： 式中，Un是滤波器Wn输出un所组成M×1阶矢量序列：Un＝[unun-1...un-M+1]T20联立式15，次级通道输出yn为： 式中，是残差信号经过估计次级通道滤波后参考信号，具体如下： 其中有： 若次级通道辨识精度达到设定值，则也就是说将还原出系统响应信号dn；若系统主通道线性度良好，则dn能完整反映出外界激励信号xn频谱信息；此时，反馈控制仍定义被观测点残差信号最小，即目标函数为：Jn＝E[e2n]25与改进型前馈型主动防护策略结构要求相同，反馈控制自适应更新法则表述为：Wn+1＝Wn-μenD′n26式中，μ为反馈控制迭代步长；所述步骤2反馈型主动防护策略结构的算法步骤为：S1：获取振动残差en；S2：依据式15计算滤波器输出信号un；S3：依据式19计算次级通道输出信号yn；S4：依据式23计算估计次级通道滤波后信号d′n；S5：依据式26更新滤波器Wn；所述步骤3的复合型主动防护策略结构中的参数与改进型前馈型主动防护策略结构和反馈型主动防护策略结构相同，复合型主动防护策略结构的残余误差用式27表述：En＝[Pn+SnW1n]Xn27定义W1n为前馈控制滤波器，定义W2n为反馈控制滤波器，LMS1为前馈滤波器的自适应算法，LMS2为反馈滤波器的自适应算法；当前馈滤波器达到最优值W1n＝-PnSn时，残余误差En将为零，那么，在反馈环节中复合型主动防护策略结构输入输出关系为： 其中，则公式28改写为： 当次级通道辨识精度达到设定值，则此时，复合型主动防护策略结构的传递函数表述为： 对于式30所示复合型主动防护策略结构的传递函数，只有Hn→0时任何输入才能使其输出趋近于0，则反馈控制最优滤波器设置为W2n＝-1Sn。

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