[发明专利]一种基于双麦克风的列车轴承轨边声学信号主动降噪方法

权利要求书

1.一种基于双麦克风的列车轴承轨边声学信号主动降噪方法，其特征在于，实现步骤如下：

步骤(1-1)、在列车轨道旁边放置两个麦克风，其中主麦克风正对轮对轴承，参考麦克风正对列车与轮轨接触处，且两个麦克风在同一垂直面上，当列车高速通过时，两个麦克风同步采集轮对轴承发出的声音信号、轮轨接触噪声和背景噪声，主麦克风采集到的信号为pre(t)，参考麦克风采集到的信号为ref(t)；

步骤(1-2)、对参考麦克风采集到的信号ref(t)在时域和频域上进行反调制信号处理得到信号ref_correct(t)，然后对信号ref_correct(t)进行再调制处理得到信号ref_modulate(t)，使参考麦克风与主麦克风采集到的声信号多普勒畸变规律一致；

所述步骤(1-2)中，对参考麦克风采集到的信号ref(t)进行反调制信号处理环节的步骤如下：

步骤(1-2-1)、根据声源发声时间序列t_e＝{0，1/f_s，2/f_s，…(N-1)/f_s}计算参考麦克风采集信号的时间序列其中，N为麦克风采集到的信号长度，N＞1，f_s为参考麦克风采集到的声音信号的采样频率，s为信号起始时刻声源距离参考麦克风的水平距离，v为列车运动速度，r_2b为列车运动过程中轮轨接触处与参考麦克风之间的最短距离，c为声音在空气中的传播速度；

步骤(1-2-2)、在频域上对参考麦克风采集到的信号ref(t)进行反调制处理：以参考麦克风采集到的信号ref(t)为y变量，以t_d1(t)为x变量，t_r1为插值x变量进行三次样条插值拟合取样，得到序列x_p，其中t_d1(t)＝t_e+R₁(0)/c，R₁(0)为信号起始时刻轮轨接触处与参考麦克风的距离，其值为

步骤(1-2-3)、在时域上对参考麦克风采集到的信号进行反调制处理：ref_correct(t)＝x_p*A1，其中R1为列车轮轨接触处与参考麦克风之间的实时距离，M为马赫数M＝v/c，θ1为轮轨接触处与参考麦克风的连线和列车运动方向之间的实时夹角；

所述步骤(1-2)中，反调制处理之后的信号ref_correct(t)进行再调制信号处理环节的步骤如下：

步骤(1-2-4)、在时域上对参考麦克风反调制之后得到的信号ref_correct(t)再调制处理：其中r_1b为车轮运动过程中轮轨接触处与主麦克风之间的最短距离，R2为轮轨接触处与主麦克风之间的实时距离，θ2为轮轨接触处与主麦克风的连线和列车运动方向之间的实时夹角；

步骤(1-2-5)、在频域上对参考麦克风反调制之后的信号进行再调制处理，记主麦克风采集信号的时间序列以t_r2为x变量，t_d2(t)为插值x变量，ref_mod_1(t)为y变量进行三次样条插值拟合取样，得到再调制处理之后的信号ref_modulate(t)，其中t_d2(t)＝t_e+R₂(0)/c，R₂(0)为信号起始时刻轮轨接触处与主麦克风的距离，其值为

步骤(1-3)、采用最小均方算法进行主动降噪。

2.根据权利要求1所述的基于双麦克风的列车轴承轨边声学信号主动降噪方法，其特征在于：所述步骤(1-3)中，运用最小均方算法实现去噪的步骤如下：

步骤(2-1)、主麦克风采集信号pre(t)作为主通道输入信号p(t)，信号ref_modulate(t)作为参考通道输入信号r(t)；

步骤(2-2)、参考通道输入信号r(t)经LMS自适应滤波器之后的输出信号为r′(t)，具体操作表达式如下：

r′(t)＝W^T(t)r(t)

W(t+1)＝W(t)+2μe(t)r(t)

e(t)＝p(t)-r′(t)

上述公式中μ为步长因子，W(t)为权系数向量，W(t+1)为滤波器权值更新函数，e(t)为主通道输入信号与参考通道输出信号之差，也就是误差信号，亦即最终输出的去噪之后的信号。