[發(fā)明專利]應用于閉口風洞氣動噪聲測量的麥克風陣列優(yōu)化設計方法

有效

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• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103487135A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設計）人: 周家檢;郝璇;陳大斌;張衛(wèi)民
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

技術領域

本發(fā)明涉及一種麥克風陣列優(yōu)化設計方法，特別是一種應用于閉口風洞氣動噪聲測量的麥克風陣列優(yōu)化設計方法。

背景技術

利用麥克風相陣列測量技術在閉口風洞中開展民用飛機氣動噪聲研究在國內受到了越來越多的關注，而不同的試驗模型要求有不同陣列設計。陣列有兩個主要性能指標：分辨率和旁瓣抑制水平。分辨率與陣列口徑有關，口徑越大，分辨率越優(yōu)。旁瓣抑制水平與陣列單元布置的疏密程度有關，陣列布置得越密，旁瓣抑制水平越優(yōu)。因此對于給定麥克風數目的陣列，分辨率和旁瓣抑制水平之間存在一定的矛盾性。陣列設計的目的就是優(yōu)化陣列單元布置，使其性能指標在待測頻率范圍內均滿足要求。

陣列的優(yōu)化設計必須處理好分辨率和旁瓣抑制水平這兩個性能指標的協同優(yōu)化關系，如果單獨優(yōu)化一個性能指標，則難以獲得另一個性能指標也滿足要求的優(yōu)化結果。現有的陣列優(yōu)化設計方法通常都是以旁瓣抑制水平作為目標函數進行優(yōu)化，未考慮到陣列的分辨率指標，無法獲取最優(yōu)陣列。

而對于閉口風洞噪聲測量，麥克風陣列安裝位置、口徑以及形狀均受到了風洞安裝的條件的限制，對陣列設計提出了新的要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現有方法的不足，提供了一種應用于閉口風洞氣動噪聲測量的麥克風陣列優(yōu)化設計方法，該方法針對閉口風洞氣動噪聲測量對麥克風陣列的需求，在滿足閉口風洞中陣列安裝條件的情況下，以對陣列旁瓣抑制水平的需求為約束條件，以陣列分辨率為目標函數，利用模擬退火法，優(yōu)化陣列單元坐標，獲取分辨率和旁瓣抑制水平均滿足需求的陣列單元布置。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種應用于閉口風洞氣動噪聲測量的麥克風陣列優(yōu)化設計方法，包括下列步驟：

（1）隨機生成一個麥克風陣列，利用該陣列初始化麥克風陣列單元坐標，初始化模擬退火法溫度T及k=1；

（2）判斷步驟（1）中的陣列是否符合閉口風洞約束條件，不符合約束條件則跳到步驟（4），否則轉步驟（3）；

（3）計算陣列的旁瓣抑制水平，判斷是否滿足旁瓣抑制水平的判據，對滿足旁瓣抑制水平要求的陣列，接受為新陣列，跳到步驟（5），否則跳到步驟（4）；

（4）在原陣列鄰域內隨機生成一個新陣列，跳到步驟（2）；

（5）計算新陣列的分辨率，判斷新陣列的分辨率是否優(yōu)于舊陣列，如果更優(yōu)則接受新陣列，否則計算接受概率，接受概率大于給定值則接受新陣列轉步驟（6），否則跳到步驟（4）；

（6）判斷已接受的陣列的分辨率是否達到終止條件，達到終止條件則輸出當前陣列單元坐標，優(yōu)化結束，否則降低模擬退火法溫度，令k:=k+1，:=代表賦值運算，重復步驟（4）開始下一個循環(huán)。

所述步驟（3）中的陣列旁瓣抑制水平與分析頻率有關，只判斷最大分析頻率下的旁瓣抑制水平是否滿足要求。

所述步驟（3）中陣列旁瓣抑制水平的判據MSL_D在迭代前期大于規(guī)定值SNR，迭代過程中隨著模擬退火法溫度T_k的降低逐步減小，在T_k≤T_D時達到規(guī)定值SNR，其公式為其中T_D為預設值。

所述步驟（4）中在原陣列鄰域內隨機生成新陣列的方法是：x_i=x^k-1_i+Random·r·L，其中：Random為0到1之間的隨機數，r為隨機方向的單位矢量，L為鄰域半徑。x_i為生成新陣列的平面坐標矢量；x^k-1_i為k-1步陣列的平面坐標矢量。

所述的鄰域半徑隨著模擬退火法溫度的降低而減小，計算公式為L₀代表預設的鄰域初始半徑。

所述步驟（5）中的陣列分辨率與分析頻率有關，只判斷最小分析頻率下的分辨率是否滿足要求。

本發(fā)明與現有技術相比的有益效果是：

（1）本發(fā)明通過將對陣列旁瓣抑制水平的需求作為優(yōu)化問題的約束條件，以陣列分辨率為目標函數，優(yōu)化陣列單元坐標，從而能給出陣列旁瓣抑制水平和分辨率均滿足需求的陣列單元布置。

（2）本發(fā)明通過將在迭代前期放寬旁瓣抑制水平的約束條件，并隨著模擬退火法溫度的降低逐漸增強旁瓣抑制水平的約束條件，從而減小初始化陣列的影響，并使得優(yōu)化進程順利進行。

（3）本發(fā)明通過將閉口風洞中限制條件作為優(yōu)化問題的約束條件，從而使得所給出的陣列單元布置能適應閉口風洞中的安裝。

附圖說明

圖1是本發(fā)明陣列優(yōu)化設計方法流程圖。