[發明專利]采用邊界元法重建循環平穩聲源的方法

無效

• 申請號: 200810036142.8
• 申請日: 2008-04-17
• 公開（公告）號: CN101251413A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 蔣偉康;張海濱;萬泉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

1、一種采用邊界元法重建平穩聲源的方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步、設置待測聲源表面為S_s，全息測量面為S_h，全息測量面S_h是待測聲源表面S_s附近的一個任意面；

第二步、布置傳聲器陣列，在聲源附近布置一個相對于聲源位置固定不變的參考源傳聲器用以采集參考信號；

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測點聲壓，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聲壓之間的相位關系，得到傳聲器陣列所采集到的全息測點聲壓的相對相位關系；

第五步、由邊界元法重建計算獲得待測聲源信號的自譜相關密度向量。

2、根據權利要求1所述的采用邊界元法重建平穩聲源的方法，其特征是，第二步中所述的布置傳聲器陣列，是在全息測量面S_h上采用線形均布方式設置傳聲器陣列。

3、根據權利要求1所述的采用邊界元法重建平穩聲源的方法，其特征是，第四步中所述的全息測點聲壓的相對相位關系，具體包括：

首先分析全息測點聲壓和參考信號，通過參考信號的譜相關密度函數：

??????????????????????S_rr^α(f)，

其中：f為聲源特性的頻率，α為循環頻率，下標r代表參考信號，rr代表參考信號的譜相關密度函數，即自譜相關密度函數；

然后計算出參考信號和全息測點聲壓的互譜相關密度向量：

??????????(S_rp^α(r_h，f))_Q×1及(S_pr^α(r_h，f))_Q×1，

其中：r_h表示傳聲器陣列上各個傳聲器的空間位置，Q為傳聲器陣列所含傳聲器總數，下標r代表參考信號，下標p代表全息測量信號，rp代表參考信號譜分量(f+α/2)與全息測點聲壓譜分量(f-α/2)的互譜相關密度函數，pr代表全息測點聲壓譜分量(f+α/2)與參考信號譜分量(f-α/2)的互譜相關密度函數；

結合參考信號的譜相關密度函數S_rr^α(f)，獲得全息測點聲壓的自譜相關密度向量：

?????????????????(S_pp^α(r_h，f))_Q×1，

其中：下標pp代表全息測點聲壓的譜相關密度函數；

最后得到：(Sppα(f))Q×1=(Sprα(f))Q×1·(Srpα(f))Q×1/Srrα(f)---(1)]]>

其中“·”符號表示提取矩陣的對角元素。

4、根據權利要求1所述的采用邊界元法重建平穩聲源的方法，其特征是，第五步中所述的重建計算，具體包括：

①設定待測聲源表面S_s上N個節點發出的待測聲源信號的自譜相關密度向量為：(S_pp^α(r_s，f))_N×1，

其中：f為聲源特性的頻率，α為循環頻率，r_s表示待測聲源表面S_s上N個節點各自的空間位置，N為自然常數；

②設定參考信號和待測聲源信號的互譜相關密度向量為：

?????????????(S_rp^α(r_s，f))_N×1及(S_pr^α(r_s，f))_N×1，

③設定r(f)是參考信號的頻譜分量，p(f)為全息測點聲壓的頻譜分量，v(f)為待測聲源表面S_s上N個節點法向振速的頻譜分量，則

S_rp^α(r_h，f)為r(f+α/2)和p^*(f-α/2)的函數；

S_pr^α(r_h，f)為p(f+α/2)和r^*(f-α/2)的函數；

其中：S_rp^α(r_h，f)及S_pr^α(r_h，f)為參考信號和全息測點聲壓的互譜相關密度向量；

V_rp^α(r_s，f)為r(f+α/2)和v^*(f-α/2)的函數；

V_pr^α(r_s，f)為v(f+α/2)和r^*(f-α/2)的函數；

其中：上標*為共軛轉置，V_rp^α(r_s，f)及V_pr^α(r_s，f)為參考信號和表面法向速度的互譜相關密度向量，S_rp^α(r_s，f)和V_rp^α(r_s，f)應該由S_rp^α(r_h，f)在頻率(f-α/2)上重建得到，而S_pr^α(r_s，f)和V_pr^α(r_s，f)應該由S_pr^α(r_h，f)在頻率(f+α/2)上重建得到；

④得到如下以互譜相關密度作為變量的Helmholtz公式(2)和(3)：

CSprα(rh,f)=∫SSSprα(rs,f)·∂∂nsG(rh,rs,f+α/2)]]>

-Vprα(rs,f)·j2πρ(f+α/2)G(rh,rs,f+α/2)dSs---(2)]]>

CSrpα*(rh,f)=∫SsSrpα*(rs,f)·[∂∂nsG(rh,rs,f-α/2)]]]>

-Vrpα*(rs,f)·[j2πρ(f-α/2)G(rh,rs,f-α/2)]dSs---(3)]]>

其中：G(r_h，r_s，f-α/2)和G(r_h，r_s，f+α/2)是Green函數，ρ表示介質密度，C是和測點所處位置相關的系數；

⑤利用邊界元法，將式(2)和(3)離散為矩陣形式：

{Sprα(rh,f)}=[Dhs(f+α/2)]{Sprα(rs,f)}-[Mhs(f+α/2)]{Vprα(rs,f)}---(4)]]>

{Srpα*(rh,f)}=[Dhs(f-α/2)]{Srpα*(rs,f)}-[Mhs(f+α/2)]{Vrpα*(rs,f)}---(5)]]>

其中：D_hs和M_hs是當系數C＝1時，全息測量面為S_h到待測聲源表面S_s的傳遞矩陣；

⑥利用待測聲源表面S_s的互譜相關密度Helmholtz公式作為限制方程，也可以得到一對離散的矩陣方程：

C{Sprα(rs,f)}=[Dss(f+α/2)]{Sprα(rs,f)}-[Mss(f+α/2)]{Vprα(rs,f)}---(6)]]>

C{Srpα*(rs,f)}=[Dss(f-α/2)]{Srpα*(rs,f)}-[Mss(f+α/2)]{Vrpα*(rs,f)}---(7)]]>

從方程(4)和(6)可以得到：

{Sprα(rh,f)}=[Dhs+-Mhs+(Mss+)-1D‾ss+]·{Sprα(rs,f)}=[Gp+]·{Sprα(rs,f)}---(8)]]>

其中D‾ss+=(Dss+-CI),]]>I是單位矩陣，“+”表示傳遞矩陣D_hs和M_hs的頻率是f+α/2，[G_p⁺]表示

從方程(5)和(7)可以得到：

{Srpα(rh,f)}*=[Dhs--Mhs-(Mss-)-1D‾ss-]·{Srpα(rs,f)}*=[Gp-]·{Srpα(rs,f)}*---(9)]]>

其中：D‾ss-=(Dss--CI),]]>I是單位矩陣，“-”表示傳遞矩陣D_hs和M_hs的頻率是f-α/2，[G_p^-]表示

從式(8)、(9)求逆計算得到參考信號和全息測點聲壓的互譜相關密度向量S_rp^α(r_s，f)及S_pr^α(r_s，f)，之后利用全息測點聲壓的相對相位關系就可以得到待測聲源表面S_s上的譜相關密度分布。