[發(fā)明專利]采用球面波疊加重建循環(huán)平穩(wěn)聲源的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810036141.3
• 申請日: 2008-04-17
• 公開（公告）號: CN101251412A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣偉康;張海濱;萬泉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種信號重建技術(shù)領(lǐng)域的方法，特別是一種采用球面波疊加法重建循環(huán)平穩(wěn)聲源的方法。

背景技術(shù)

為了有效地控制噪聲，在降噪措施實(shí)施以前，必須首先進(jìn)行噪聲源診斷，確定各主要噪聲源地位置及其特性。隨著現(xiàn)代信號處理技術(shù)地發(fā)展，譜分析技術(shù)，相干和偏相干分析技術(shù)、聲強(qiáng)分析技術(shù)以及聲近場全息技術(shù)等得到了迅速地發(fā)展。

循環(huán)平穩(wěn)信號是一類特殊的非平穩(wěn)信號，由于自身獨(dú)特的周期平穩(wěn)性，使得單次采集到的記錄具有周期遍歷特性，增加了分析這類非平穩(wěn)信號方法。循環(huán)平穩(wěn)信號在工程應(yīng)用中有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，例如旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備由于對稱或近似對稱的物理結(jié)構(gòu)和周期性的工作運(yùn)動模式，其聲場有明顯的周期時變特征，聲源信號具有循環(huán)平穩(wěn)特性。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，Wang?Z.和Wu?S.F.在《The?Journal?ofthe?Acoustical?Society?of?America》(1997，102(4)：2020-2032)上撰文“Helmholtz?equation?least-squares?method?for?reconstructing?theacoustic?pressure?field”(《美國聲學(xué)學(xué)會雜志》：Helmholtz方程最小二乘法用于重建聲壓場的研究)，該文提出利用Helmholtz方程在球面坐標(biāo)下的特解——一族球面波基函數(shù)擬合實(shí)際的聲壓場，并用最小二乘法確定最優(yōu)的球面波基函數(shù)展開項(xiàng)數(shù)和代表球面波基函數(shù)在聲場中所占權(quán)重的系數(shù)。該方法可以有效地分析噪聲源的輻射特性，預(yù)測外部聲輻射，而且具有計算效率高、測點(diǎn)少、易于工程測量和實(shí)驗(yàn)開展的優(yōu)點(diǎn)。后來，圍繞著該項(xiàng)技術(shù)，展開了許多研究，包括應(yīng)用環(huán)境，算法改進(jìn)，球面波基函數(shù)選取，精度提高，測量系統(tǒng)等。Wu?S.F.等人還發(fā)表了一些類似的文獻(xiàn)，研究了用Helmholtz方程最小二乘法全息重建聲源表面聲場的影響因素和改進(jìn)方法。上述所有工作都是基于平穩(wěn)聲場進(jìn)行的，因此，有必要提出新的技術(shù)，用于非平穩(wěn)聲源的分析。然而，對于一般的非平穩(wěn)聲源，聲源信號的統(tǒng)計特性參量是時變的，因而也就無法再用時間平均來代替集合平均，使得數(shù)據(jù)采集十分困難，很難分析聲源的特性。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中的中國專利公開號：1487500，名稱為：“采用近場聲全息技術(shù)辨識非平穩(wěn)聲源的方法”，該技術(shù)對于平面的循環(huán)平穩(wěn)聲源進(jìn)行過分析，但是不能應(yīng)用于任意外形。在進(jìn)一步檢索中，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明主題相同或者相類似的文獻(xiàn)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用球面波疊加法重建循環(huán)平穩(wěn)聲源的方法，本發(fā)明通過循環(huán)平穩(wěn)聲源的近場全息重建，由全息測量面上測量到的待測聲源信號辨識出循環(huán)平穩(wěn)聲源的特性和三維聲場分布，適用于任意外形的循環(huán)平穩(wěn)聲源。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，在復(fù)雜循環(huán)平穩(wěn)聲源的場合，采用循環(huán)平穩(wěn)統(tǒng)計量替代傳統(tǒng)的傅立葉變換后得到的頻譜分量，選擇譜相關(guān)密度函數(shù)作為聲場重建的物理量，提出了用于分析循環(huán)平穩(wěn)聲源的近場全息技術(shù)。首先布置參考傳聲器，提取并分析參考信號；再布置傳聲器陣列對全息測量面進(jìn)行掃描測量，采集全息測量面數(shù)據(jù)；然后，利用基于球面波疊加的循環(huán)平穩(wěn)近場全息技術(shù)，重建得到聲場的三維分布。

本發(fā)明具體包括以下步驟：

第一步、設(shè)置一個循環(huán)平穩(wěn)發(fā)聲的待測聲源，待測聲源體積為V，待測聲源表面為S_s，全息測量面為S_h，待測聲源體積V所占空間中任意兩個方向的長度比例小于等于1∶4，全息測量面S_h是待測聲源表面S_s附近的一個任意面。全息測量面S_h與待測聲源表面S_s共形，但為便于測量，S_h也可以是S_s外部的一個非共形面。

第二步、布置傳聲器陣列，在S_s外部的全息測量面S_h上采用均布方式設(shè)置傳聲器陣列覆蓋整個待測聲源，以便采集待測聲源的高頻信息；另外在待測聲源附近布置一個相對位置固定的參考源傳聲器用以采集參考信號；傳聲器陣列所含傳聲器總數(shù)為L。

第三步、同步記錄參考源傳聲器和傳聲器列陣采集到的參考信號和全息聲場信號，并用空間定位儀確定傳聲器列陣中每個傳聲器的空間位置，一并存儲在存儲設(shè)備中。

第四步、從參考信號中獲取參考相位，利用參考信號與全息測點(diǎn)聲壓之間的相位關(guān)系，可以得到傳聲器陣列所采集到的全息測點(diǎn)聲壓的相對相位關(guān)系。具體如下：