KR20170000228A - 도로환경 정온화 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20170000228A
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Abstract

본 발명은 미리 설정된 상호상관(correlation) 함수를 이용하여, 2차 전달함수를 실시간으로 처리할 수 있도록 하는 도로환경 정온화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 주변 온도를 감지하여 온도값을 출력하는 온도 센서(100); 주변 습도를 감지하여 습도값을 출력하는 습도 센서(200); 바람방향 및 세기를 감지하여 바랑방향 정보 및 바람세기 값을 출력하는 풍력센서(300); 온도값, 습도값, 바람세기 정보 및 바람세기 값을 기반으로 하여 필터특성 가변제어신호를 생성시켜 출력하고, 마이크(600)를 통해 소음을 입력받아 소음정보를 감지한 후 소음저감 제어신호를 출력하는 컨트롤러(400); 및 필터특성 가변제어신호에 응하여 필터의 특성을 가변시킨 후 상기 소음저감 제어신호에 응하여 소음저감신호를 생성시켜 스피커(700)를 통해 출력하는 소음저감부(500)를 포함한다. 이에, 사전의 전달함수 측정 없이도 큰 성능 저하 없이 우수한 제어특성의 유지가 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

도로환경 정온화 시스템 및 방법{System and method for road environment calming}
본 발명은 도로환경 정온화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 미리 설정된 상호상관(correlation) 함수를 이용하여, 2차 전달함수를 실시간으로 처리할 수 있도록 하는 도로환경 정온화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
산업 및 경제의 발전과 더불어 도로를 주행하는 차량의 증가에 따라 도로 주변의 소음 문제도 많은 민원이 발생되고 있으며, 이에 따라 교통 정온화에 대한 다양한 대책이 모색되고 있다. 가령 최고속도의 제한이나 험프(hump), 시케인(chicane) 등 법적?제도적인 대책으로 교통소음의 완화를 일부 시도하고 있으나 교통 정온화에 대한 기술에 대한 연구는 아직 미미한 실정으로 연구가 매우 시급한 실정에 있다.
이러한 도로환경의 소음저감 및 개선을 위한 전통적인 소음 경감의 기술로써는 저소음의 아스팔트 포장공법이나 흡음제 등을 이용한 방음벽의 설치가 있으나, 도로교통 소음의 주요 인자인 500[Hz] 이내의 저주파 성분을 저감시키기에는 미흡한 것이 현실이다. 이러한 제약에 따라 또 다른 시도의 일환으로 최신의 전자식 저감 기술을 이용한 능동형 소음저감 기술(Active Noise Cancellation, 이하 ANC)의 도입이 다양하게 검토되고 있다.
도 1은 도로환경에 대한 능동형 소음 저감 시스템의 도입 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 일반적인 도로형 능동소음저감 장치는 주거지나 스쿨 존에 설치를 목표로 하며, 대용량의 ANC보다는 낮은 방음벽과 함께 융합되는 소용량의 ANC로 초기 접근하고자 하며 이는 최근 일본이나 네델란드에서도 다양하고도 활발한 연구를 진행하고 있는 실정이다.
이의 능동형 소음저감 기술은 크게 피드포워드와 피드백 기술로 구분되며, 피드포워드 기술을 이용한 능동형 소음저감 기술의 제어기법은 Widrow에 의해 제안된 Filterd-X LMS 기술이 주류를 이루며 이는 소음원 신호를 레퍼런스로 사용하므로 레퍼런스와 상관관계가 높은 소음저감에 유리하다. 피드백 능동형 소음 저감기술인 제어기술은 레퍼런스를 필요로 하지 않는 것이 큰 장점이지만 제어기가 무한 이득을 가져야한다는 문제점이 있다.
일상의 다양한 소음원은 소음주파수와 진폭이 연속적으로 변화하게 되며 공기의 흐름이나 온도 및 습도의 가변환경은 소음원의 속도와 형태를 변경시키게 된다. 이러한 가변 음향의 잡음원과 전송경로들은 시변이므로 소음제거를 위해서는 필터의 특성을 연속적으로 가변 시켜야만 한다. 따라서
이러한 소음원 저감을 위해서는 신호처리 기법의 최적필터를 도입하여야 한다. 이의 최적필터는 시스템의 정보가 불충분하거나 또는 시스템 계수의 주변여건이 시변인 경우 시스템의 계수를 추정하면서 필터링하는 LMS(least mean square) 적응필터링 기법의 도입이 필수적이다.
도 2는 LMS 알고리즘을 이용한 적응필터의 기본원리를 설명하기 위한 도면으로서, 신호d(k)을 목표신호로 하여 이를 추정한 예이다.
이때 적응필터의 역할은 필터계수를 변화시키면서 출력신호 y(k)을 목표신호 d(k)에 근접시키는 것이다. 즉 추정오차신호 e(k)를 최소화하는 것이 적응필터의 역할이다. 따라서오차신호 e(k)는 목표신호 d(k)?嚥? 모델의 출력 y(k)의 차로 표현된다.
일반적으로 덕트내에서의 능동소음 제어기법에는 도 3에 도시된 바와 같이 피드포워드 제어기법이 사용된다. 피드포워드 제어기법은 1차 소음원에 대한 정보를 얻을 수 있을 때 사용할 수 있으며, 이 방법은 다른 음향에 영향을 주지 않고 소음만 제거할 수 있다.
도 3의 블록선도에서 P는 1차 소음원에 대한 전달경로의 전달함수이며, C는 스피커 입력과 마이크로폰의 출력 사이의 전달함수이며, W는 제어의 적응필터를 나타낸다. 이의 제어필터 W는 FIR 혹은 IIR 구조가 모두 사용될 수 있으나 음향궤환이 존재할 때에는 IIR 필터가 효과적일 수 있다. 그런데 이 두 가지 필터구조의 경우 모두 LMS 알고리즘과 같은 적응필터 알고리즘을 사용할 수 없게 된다. 즉, LMS 알고리즘을 사용하기 위해서는 필터 출력 u(n)과 d(n)을 비교할 수 있는 신호가 필요하나 오차신호 e(n)은 d(n)과 u(n)의 차이가 아니라 d(n)과 y(n)의 차이므로 e(n)을 알고리즘에 적용해서 필터 계수를 추정하면 적응 과정이 불안정하게 되거나 부적절한 해를 찾게 된다. 따라서 e(n)을 사용하기 위해서는 적응 알고리즘에 기본적인 변화를 주어야 한다. 이러한 변화로 결과된 것이 바로 Filtered-X LMS 알고리즘이다. 그러나 Filtered-X LMS 알고리즘을 사용하기 위해서는 보조경로 (스피커 입력과 마이크로폰의 출력사이)내의 전달함수 C를 측정해야만 한다. 이는 경로가 변화하는 환경에서는 매번 측정해야 하는 번거로움이 있으며, 이때 마다 프로그램을 바꾸어 줘야 하므로 실시간구현이 매우 힘들게 된다.
도 4에서는 이러한 변화 절차에 따르는 Filtered-XLMS 알고리즘을 도입한 능동소음제어기의 일반적인 적용절차를 나타낸 것이다. 여기서 P는 입력마이크로폰으로부터 제어스피커까지의 소음경로의 전달함수이고, M1과 M2는 마이크로폰과 전치증폭기, 저역통과필터의 전체전달함수이다.
S는 저역통과필터, 전력증폭기, 제어스피커의 전체전달함수를, E는 제어스피커에서 오차마이크로폰까지의 소음의 전달경로에 대한 전달함수를 나타낸다. 그리고 F는 음향궤환을 나타낸다.
또한 LMS필터 C는 보조경로와 오차경로내의 전달함수 S, E, M2를 역모델링 하는 역필터이다. 오차경로의 적응지연 역모델의 계수는 LMS필터 W로 가는 입력 경로내에 복제되며 입력마이크로폰에서 받은 입력 데이타를 필터링하여 주 적응제어기의 계수(W)를 갱신토록 하는 오차상관기로 동작하게 된다.
[특허문헌] 대한민국 등록특허 제 10-1354689 호
이와 같은 문제점을 해소시키기 위해 본 발명은 미리 설정된 상호상관(correlation) 함수를 이용하여, 2차 전달함수를 실시간으로 처리할 수 있도록 하는 도로환경 정온화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다. 즉, 본 발명은 입력신호 자체의 상관 함수와 목표신호와 입력신호의 상관 함수에서 회선 추종 계수를 각각 변경하여 수렴속도를 조절하면서 목표 오차 신호를 제어할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 도로환경 정온화 시스템은 주변 온도를 감지하여 온도값을 출력하는 온도 센서(100); 주변 습도를 감지하여 습도값을 출력하는 습도 센서(200); 바람방향 및 세기를 감지하여 바랑방향 정보 및 바람세기 값을 출력하는 풍력센서(300); 온도값, 습도값, 바람세기 정보 및 바람세기 값을 기반으로 하여 필터특성 가변제어신호를 생성시켜 출력하고, 마이크(600)를 통해 소음을 입력받아 소음정보를 감지한 후 소음저감 제어신호를 출력하는 컨트롤러(400); 및 필터특성 가변제어신호에 응하여 필터의 특성을 가변시킨 후 상기 소음저감 제어신호에 응하여 소음저감신호를 생성시켜 스피커(700)를 통해 출력하는 소음저감부(500)를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 소음저감부(500)가, 컨트롤러(400)의 필터특성 가변제어신호 및 소음저감 제어신호에 응하여 입력신호(x(n))를 목표신호(d(n))로 변환시켜 출력하는 제 1 전달함수 생성부(510); 제 1 전달함수 생성부(510)의 목표신호(d(n))와 상기 입력신호(x(n))를 기반으로 제 1 상관함수(φxx(n,n))를 생성시켜 출력하는 제 1 상관함수 산출부(520); 입력신호(x(n))와 오차신호(e(n))를 입력받아, 이를 기반으로 필터 계수를 변화시키면서 출력신호(y(n))가 목표신호에 근접하도록 목표오차 신호를 제어하도록 필터링된 출력신호(
Figure pat00001
(n))를 생성시켜 출력하는 적응필터부(530); 입력신호(x(n))와 필터링된 출력신호(
Figure pat00002
(n))를 기반으로 제 2 상관함수(
Figure pat00003
)를 산출하는 제 2 상관함수 산출부(540); 제 1 상관함수(φxx(n,n)) 및 상기 제 2 상관함수(
Figure pat00004
)를 기반으로 목표오차 신호(e(n))를 생성시키는 목표오차 신호 생성부(550); 및 목표신호(d(n))로부터 상기 필터링된 출력신호(
Figure pat00005
(n))를 감산하여 소음제거용 출력신호(z(n))를 생성시켜 출력하는 소음제거부(560)를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 적응필터부(330)가, 현재 값과 이전 값에 서로 다른 가중치를 주어 수렴속도를 조절할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 소음제거부(560)가, 제 1 상관함수 및 제 2 상관함수를 회귀공식에 적용시켜 에러벡터를 산출하고, 가중치 벡터를 산출하며, 에러벡터 및 가중치 벡터를 기반으로 소음제거용 출력신호(z(n))를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상호상관함수를 이용한 능동형 소음 저감방법은, (1) 소음저감부(500)가, 설정된 변수값을 입력받아 변수값들을 설정하고, 입력신호(x(n))을 입력받는 단계; (2) 소음저감부(500)가, 상기 입력신호(x(n))를 기반으로 목표신호(d(n))를 산출하는 단계; (3) 소음저감부(500)가, 입력신호(x(n))와 오차신호(e(n))를 입력받아, 이를 기반으로 필터 계수를 변화시키면서 출력신호(y(n))가 목표신호에 근접하도록 목표오차 신호를 제어하도록 필터링된 출력신호(
Figure pat00006
(n))를 생성시켜 출력하는 단계; (4) 소음저감부(500)가, 제 1 상관함수 산출부 및 제 2 상관함수 산출부를 통해 산출된 제 1 상관함수(φxx(n,n)) 및 제 2 상관함수(
Figure pat00007
)를 기반으로 목표오차 신호(e(n))를 생성하는 단계; (5) 소음저감부(500)가, 제 1 상관함수(φxx(n,n)) 및 제 2 상관함수(
Figure pat00008
)를 회귀공식에 적용시켜 에러벡터를 산출하고, 가중치 벡터를 산출하는 단계; 및 (6) 소음저감부(500)가, 에러벡터 및 가중치 벡터를 미리 설정된 회수만큼 산출하였는지의 여부를 판단하여, 설정된 회수만큼 산출한 경우 에러벡터 및 가중치 벡터를 기반으로 소음제거용 출력신호(z(n))를 생성하는 단계로 이루어질 수 있다.
본 발명은 미리 설정된 상호상관(correlation) 함수를 이용하여, 2차 전달함수를 실시간으로 처리할 수 있도록 함으로써, 사전의 전달함수 측정 없이도 큰 성능 저하 없이 우수한 제어특성의 유지가 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전달함수를 미리 측정하여야 하는 큰 번거로움을 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 도로환경에 대한 능동형 소음저감 시스템의 도입 개념도이다.
도 2는 LMS(least mean square) 적응필터의 기본 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일반적인 피드포워드 제어기법을 이용한 소음저감시스템의 블록선도이다.
도 4는 일반적인 Filtered-X 능동형 소음저감 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 도로환경 정온화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 적용된 소음저감부의 상세 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 도로환경 정온화 방법을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 도로환경 정온화 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 도 5에 적용된 소음저감부의 상세 블록도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 주변 온도를 감지하여 온도값을 출력하는 온도 센서(100)와, 주변 습도를 감지하여 습도값을 출력하는 습도 센서(200)와, 바람방향 및 세기를 감지하여 바랑방향 정보 및 바람세기 값을 출력하는 풍력센서(300)와, 온도값, 습도값, 바람세기 정보 및 바람세기 값을 기반으로 하여 필터특성 가변제어신호를 생성시켜 출력하고, 마이크(600)를 통해 소음을 입력받아 소음정보를 감지한 후 소음저감 제어신호를 출력하는 컨트롤러(400)와, 필터특성 가변제어신호에 응하여 필터의 특성을 가변시킨 후 상기 소음저감 제어신호에 응하여 소음저감신호를 생성시켜 스피커(700)를 통해 출력하는 소음저감부(500)로 이루어진다.
소음저감부(500)가 도 6에 도시된 바와 같이 컨트롤러(400)의 필터특성 가변제어신호 및 소음저감 제어신호에 응하여 입력신호(x(n))를 목표신호(d(n))로 변환시켜 출력하는 제 1 전달함수 생성부(510)와, 제 1 전달함수 생성부(510)의 목표신호(d(n))와 상기 입력신호(x(n))를 기반으로 제 1 상관함수(φxx(n,n))를 생성시켜 출력하는 제 1 상관함수 산출부(520)와, 입력신호(x(n))와 오차신호(e(n))를 입력받아, 이를 기반으로 필터 계수를 변화시키면서 출력신호(y(n))가 목표신호에 근접하도록 목표오차 신호를 제어하도록 필터링된 출력신호(
Figure pat00009
(n))를 생성시켜 출력하는 적응필터부(530)와, 입력신호(x(n))와 필터링된 출력신호(
Figure pat00010
(n))를 기반으로 제 2 상관함수(
Figure pat00011
)를 산출하는 제 2 상관함수 산출부(540)와, 제 1 상관함수(φxx(n,n)) 및 상기 제 2 상관함수(
Figure pat00012
)를 기반으로 목표오차 신호(e(n))를 생성시키는 목표오차 신호 생성부(550)와, 목표신호(d(n))로부터 상기 필터링된 출력신호(
Figure pat00013
(n))를 감산하여 소음제거용 출력신호(z(n))를 생성시켜 출력하는 소음제거부(560)로 구성된다.
적응필터부(330)가 현재 값과 이전 값에 서로 다른 가중치를 주어 수렴속도를 조절한다.
소음제거부(560)가 제 1 상관함수 및 제 2 상관함수를 회귀공식에 적용시켜 에러벡터를 산출하고, 가중치 벡터를 산출하며, 에러벡터 및 가중치 벡터를 기반으로 소음제거용 출력신호(z(n))를 생성한다.
상기와 같이 구성된 도로환경 정온화 시스템의 도로환경 정온화 방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명에 따른 도로환경 정온화 방법을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
본 발명에 따른 도로환경 정온화 방법에 대해서 첨부 도면 도 6 및 도 7을 참조하면 설명하되, 본 발명에 따른 도로환경 정온화 방법에 따른 상호상관 LMS(least mean square) 알고리즘에 대해서 간단히 설명하면, 입력신호 자체의 상관 함수와 목표신호 및 입력신호의 상관 함수에 대하여 회선 추종 계수를 각각 변경하여 수렴속도를 조절하면서 목표오차 신호를 제어하는 알고리즘이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 먼저 관리자로 하여금 변수값을 설정하도록 지원한다. 이때, 설정되는 변수값은 필터 탭(n=64), 스텝사이즈(μ=0.001), 채널 트랙킹 팩터(α,β), 샘플링 주파수 Fs(20KHz), 샘플링 주파수 Ns(10,000)이다.
위에서 언급된 변수값들이 관리자의 조작에 따라 설정되면, 소음저감부(500)가 이를 입력받아 저장하여, 변수값들을 설정하고, 입력신호(x(n))을 입력(S110)받는 한편, 소음저감부(500)가 입력신호(x(n))를 기반으로 목표신호(d(n))를 산출(S120)한다.
그리고 소음저감부(500)가 입력신호(x(n))와 오차신호(e(n))를 입력받아, 이를 기반으로 필터 계수를 변화시키면서 출력신호(y(n))가 목표신호에 근접하도록 목표오차 신호를 제어하도록 필터링된 출력신호(
Figure pat00014
(n))를 생성시켜 출력(S130)한다. 즉 필터링된 출력신호(
Figure pat00015
(n))는 하기 수학식 5를 통해 알 수 있는 듯 임펄스 응답인 필터계수에 의해 그 값이 달라진다.
이때, 소음저감부(500)가 필터링 출력신호(
Figure pat00016
(n))의 생성시 필요한 필터 계수를 변화시키는 오차신호(e(n))를 제 1 상관함수 산출부(520) 및 제 2 상관함수 산출부(540)를 통해 산출된 제 1 상관함수(φxx(n,n)) 및 제 2 상관함수(
Figure pat00017
)를 기반으로 생성(S140)한다.
그리고 소음저감부(500)가 제 1 상관함수(φxx(n,n)) 및 제 2 상관함수(
Figure pat00018
)를 회귀공식에 적용(S150)시켜 에러벡터를 산출(S160)하고, 가중치 벡터를 산출(S170)한다.
마지막으로 소음저감부(500)가 에러벡터 및 가중치 벡터를 미리 설정된 회수만큼 산출하였는지의 여부를 판단(S180)하여, 설정된 회수만큼 산출한 경우 에러벡터 및 가중치 벡터를 기반으로 소음제거용 출력신호(z(n))를 생성(S190)한다.
S180 단계의 판단 결과, 에러벡터 및 가중치 벡터가 미리 설정된 회수만큼 산출되지 않은 경우 소음저감부(500)가 설정회수를 증가(S195) 시킨 후 S120 단게부터 재수행하여 에러벡터 및 가중치 벡터의 산출을 통한 소음제거용 출력신호(z(n))를 생성시켜 스피커(700)를 통해 출력하여 주변 소음과 상쇄되어, 저감되도록 한다.
위에서 설명한 각 함수에 대한 수학식 및 이에 대한 설명을 하기에서 하면 다음과 같다.
입력신호(x(n))에 대한 상관 함수는 하기 수학식 1과 같다.
Figure pat00019
그리고 오차신호의 제곱에 기대값을 취한 값을 평가함수라 하면, 평가함수 J는 수학식 2와 같다.
Figure pat00020
이때, 오차신호는 목표신호와 입력신호의 상관함수, 필터의 출력신호와 입력신호의 상관함수의 차로 하기 수학식 3과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00021
여기서, φdx(n,n)은 목표신호 d(n)과 입력신호 x(n)의 상관함수로서 수학식 4와 같이 표시할 수 있다.
Figure pat00022
또한 필터 출력
Figure pat00023
는 입력신호 x(n)과 임펄스 응답인 필터 계수 hi,??i=0,1,2,...,N-1에 의해 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00024
여기서, N은 필터의 차수이며, hi 는 임펄스 응답이다. 그리고 수학식 2는 다음의 수학식 6으로 다시 표현할 수 있으며, 수학식 6은
Figure pat00025
의 함수이므로, 최적의 필터 계수를 구하기 위해 편미분을 취한다.
Figure pat00026
그러면, 수학식 7과 같은 최대경사 알고리즘을 얻을 수 있다.
Figure pat00027
여기서,
Figure pat00028
?╂隔?, μ 는 수렴 계수로서 0<μ<1의 범위에 있는 상수로 쓰인다. 또한
Figure pat00029
이고, N은 필터의 차수이다.
앞에서의 LMS 알고리즘에서와 같이, 오차 신호의 기대값 추정 대신 Widrow가 제안한 stochastic gradient method를 활용하고, 수렴에 대한 충분한 조건을 확보하기 위해 수학식 7을 정규화하면 수학식 8을 얻을 수 있다.
Figure pat00030
수학식 8을 능동소음제어 시스템에 적용하기 위해서는 수학식 1, 수학식 3에서 정의한 φxx(n,n-k), e(n)의 계산이 필요하다.
그런데, 오차신호 e(n)는 수학식 9에서 알 수 있듯이 목표신호와 입력신호와의 상관함수 φdx(n,n)과 필터의 출력신호와 입력신호의 상관함수
Figure pat00031
의 차이다. 따라서 이 식은 목표신호와 필터의 출력신호의 차인 z(n)과 입력신호와의 상관함수 φzx(n,n)로 근사화할 수 있다.
Figure pat00032
또한 수학식 10과 같은 회귀 방정식을 도입한다.
Figure pat00033
여기서, α와?醒穗? 회선 추종 계수로서, 0＜α, β≤1이며, 현재 값과 과거 값에 일정한 가중치를 주어 알고리즘의 수렴 속도를 조절하는 것이다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 온도센서 200 : 습도센서
300 : 풍력센서 400 : 컨트롤러
500 : 소음저감부 510 : 제 1 전달함수 생성부
520 : 제 1 상관함수 생성부 530 : 적응필터부
540 : 제 2 상관함수 생성부 550 : 소음제거부
600 : 마이크 700 : 스피커

Claims (5)

  1. 주변 온도를 감지하여 온도값을 출력하는 온도 센서(100);
    주변 습도를 감지하여 습도값을 출력하는 습도 센서(200);
    바람방향 및 세기를 감지하여 바랑방향 정보 및 바람세기 값을 출력하는 풍력센서(300);
    상기 온도값, 습도값, 바람세기 정보 및 바람세기 값을 기반으로 하여 필터특성 가변제어신호를 생성시켜 출력하고, 마이크(600)를 통해 소음을 입력받아 소음정보를 감지한 후 소음저감 제어신호를 출력하는 컨트롤러(400); 및
    상기 필터특성 가변제어신호에 응하여 필터의 특성을 가변시킨 후 상기 소음저감 제어신호에 응하여 소음저감신호를 생성시켜 스피커(700)를 통해 출력하는 소음저감부(500);
    를 포함하는 도로환경 정온화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소음저감부(500)가,
    상기 컨트롤러(400)의 필터특성 가변제어신호 및 소음저감 제어신호에 응하여 입력신호(x(n))를 목표신호(d(n))로 변환시켜 출력하는 제 1 전달함수 생성부(510);
    상기 제 1 전달함수 생성부(510)의 목표신호(d(n))와 상기 입력신호(x(n))를 기반으로 제 1 상관함수(φxx(n,n))를 생성시켜 출력하는 제 1 상관함수 산출부(520);
    상기 입력신호(x(n))와 오차신호(e(n))를 입력받아, 이를 기반으로 필터 계수를 변화시키면서 출력신호(y(n))가 목표신호에 근접하도록 목표오차 신호를 제어하도록 필터링된 출력신호(
    Figure pat00034
    (n))를 생성시켜 출력하는 적응필터부(530);
    상기 입력신호(x(n))와 필터링된 출력신호(
    Figure pat00035
    (n))를 기반으로 제 2 상관함수(
    Figure pat00036
    )를 산출하는 제 2 상관함수 산출부(540);
    상기 제 1 상관함수(φxx(n,n)) 및 상기 제 2 상관함수(
    Figure pat00037
    )를 기반으로 목표오차 신호(e(n))를 생성시키는 목표오차 신호 생성부(550); 및
    상기 목표신호(d(n))로부터 상기 필터링된 출력신호(
    Figure pat00038
    (n))를 감산하여 소음제거용 출력신호(z(n))를 생성시켜 출력하는 소음제거부(560);
    를 포함하는 도로환경 정온화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적응필터부(330)가,
    현재 값과 이전 값에 서로 다른 가중치를 주어 수렴속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 도로환경 정온화 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 소음제거부(560)가,
    제 1 상관함수 및 제 2 상관함수를 회귀공식에 적용시켜 에러벡터를 산출하고, 가중치 벡터를 산출하며, 상기 에러벡터 및 가중치 벡터를 기반으로 소음제거용 출력신호(z(n))를 생성하는 것을 특징으로 하는 도로환경 정온화 시스템.
  5. (1) 소음저감부(500)가, 설정된 변수값을 입력받아 변수값들을 설정하고, 입력신호(x(n))을 입력받는 단계;
    (2) 상기 소음저감부(500)가, 상기 입력신호(x(n))를 기반으로 목표신호(d(n))를 산출하는 단계;
    (3) 상기 소음저감부(500)가, 입력신호(x(n))와 오차신호(e(n))를 입력받아, 이를 기반으로 필터 계수를 변화시키면서 출력신호(y(n))가 목표신호에 근접하도록 목표오차 신호를 제어하도록 필터링된 출력신호(
    Figure pat00039
    (n))를 생성시켜 출력하는 단계;
    (4) 상기 소음저감부(500)가, 제 1 상관함수 산출부 및 제 2 상관함수 산출부를 통해 산출된 제 1 상관함수(φxx(n,n)) 및 제 2 상관함수(
    Figure pat00040
    )를 기반으로 목표오차 신호(e(n))를 생성하는 단계;
    (5) 상기 소음저감부(500)가, 상기 제 1 상관함수(φxx(n,n)) 및 상기 제 2 상관함수(
    Figure pat00041
    )를 회귀공식에 적용시켜 에러벡터를 산출하고, 가중치 벡터를 산출하는 단계; 및
    (6) 상기 소음저감부(500)가, 상기 에러벡터 및 상기 가중치 벡터를 미리 설정된 회수만큼 산출하였는지의 여부를 판단하여, 설정된 회수만큼 산출한 경우 상기 에러벡터 및 가중치 벡터를 기반으로 소음제거용 출력신호(z(n))를 생성하는 단계;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 도로환경 정온화 방법.

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