基于沃尔特拉自适应滤波器的参量声源非线性补偿方法研究-电子与通信工程专业论文.docx

NONLINEAR COMPENSATION ALGORITHM OF PARAMETRIC LOUDSPEAKER BASED ON VOLTERRA FILTER A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Electronic and Communication Engineering Author: Zhi Li Advisor: Professor Limei Xu School : School of Aeronautics and Astronautics 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日 论 文 使 用 授 权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 摘 要 Ⅰ Ⅰ 摘 要 参量声源是一种根据声参量阵理论，利用超声波在空气中的非线性传播效应 产生高指向性可听声的新型声源。参量声源系统被广泛应用于产生高指向性可听 声的领域。但是超声波信号在空气中自解调产生可听声同时也会伴随大量的谐波 失真，影响了参量声源系统产生高指向性可听声音的质量，限制了其应用范围。 本文提出一种基于沃尔特拉自适应滤波器的参量声源非线性补偿方法。通过 仿真和实验证明该方法可以突破传统调制方法中理论模型不够精确的瓶颈。给出 了补偿方法的理论推导和实现过程，最后通过实验验证了该方法的有效性。 为了研究参量声源本征非线性特征，补偿这种非线性效应，文章通过系统辨 识的方法，使用沃尔特拉自适应滤波器建立了一个参量声源非线性模型。文章使 用三阶截断结构的沃尔特拉自适应滤波器模型，通过实验测量数据训练滤波器参 量，最终得到了一个有效的参量声源非线性模型。为了验证该模型的有效性，通 过仿真和实验，将其与传统声学模型进行对照，证实基于实验测量的沃尔特拉参 量声源非线性系统模型可以有效地描述空气中的非线性特征，准确预测参量声源 系统的相对声压级和总谐波失真。 在建立参量声源的非性系统模型基础之上，文章使用该非线性系统模型的 p 阶逆系统模型作为参量声源非线性补偿算法，并给出该模型的推导过程。随后文 章根据前面的非线性系统辨识模型结果和补偿模型的建立，使用 FPGA 平台实现 参量声源一阶非线性补偿系统，并通过实验验证，该系统可以将 5~10k 带宽区间 的谐波失真抑制 10dB 左右。同时使用计算机预处理技术对二至五阶非线性补偿模 型以及传统调制算法进行了对比分析，证实了补偿算法的有效性。实验结果表明， 本文所提出的基于沃尔特拉自适应滤波器的参量声源非线性补偿方法可以通过提 高补偿模型的阶数，来有效控制参量声源的谐波失真至可接受范围，同时相比传 统参量声源调制补偿方法，该补偿方法具有更好的补偿效果。因此，文中提出的 p 阶参量声源非线性补偿方法可以作为参量声源系统降低谐波失真的一种可行方 法。 关键词：参量声源，补偿算法，p 阶逆系统，沃尔特拉滤波器 AB ABSTRACT Ⅱ Ⅱ ABSTRACT Parametric loudspeaker systems have been widely used for projecting high direc- tional audible sound beams. Due to the parametric acoustic array effect in air, the input audible signal of a parametric loudspeaker system can be reproduced with high directiv- ity at the target region. However, the reproduced audible signal suffers from harmonic distortion, which is the by-product of