[發明專利]基于共振加強奇異值分解的聲場模態分析方法

有效

• 申請號: 201710561944.X
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107727228B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 程禮;姚東野;梁濤;文璧;馬彩東
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 11350 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于共振加強奇異值分解的聲場模態分析方法，其特征在于：

首先在聲場某些截面上采用傳聲器陣列同步測得時域聲學信息，通過頻譜分析初步確定聲場的模態構成，根據需要確定待提取的若干個聲場模態；然后采用共振加強奇異值分解方法從上述時域聲學信息中提取出指定模態在傳聲器陣列各測點上的同步聲學信息；最后通過對傳聲器陣列空間位置變換成一維或二維空間尺度，在聲場空間尺度、時間尺度和幅值尺度三維空間中，采用等高線法繪制出該聲場模態的全息圖像。

2.基于權利要求1所述的聲場模態分析方法，其特征在于，按照如下步驟：

步驟(1)：在聲場某些截面上按模態分析先驗知識布置傳聲器陣列，傳聲器陣列的空間尺度應小于待提取聲場模態在該尺度上的半波長；

步驟(2)：采用傳聲器陣列同步測得聲場對應位置的時域聲學信息，通過頻譜分析初步確定聲場的模態構成，根據需要確定待提取的若干個聲場模態；

步驟(3)：根據數據采樣頻率fs、聲場模態頻率fm要求確定Hankel矩陣的列數q和行數p，進而確定分析信號長度N，從實測的時域聲學信息截取若干長度為N的分析信號；

步驟(4)：在分析信號中加入頻率f等于聲場模態頻率fm、幅值A顯著大于信號中的其他分量的正弦激勵信號；

步驟(5)：構建一定列數q和行數p的Hankel矩陣；

步驟(6)：對Hankel矩陣進行奇異值分解，并用第一奇異值重構分量信號；

步驟(7)：從重構分量信號中減去步驟(4)施加的正弦激勵信號，得到指定模態在傳聲器陣列各測點上的同步聲學信息；

步驟(8)：通過對傳聲器陣列空間位置變換成一維或二維空間尺度，在聲場空間尺度、時間尺度和幅值尺度三維空間中，采用等高線法繪制出該聲場模態的全息圖像；

步驟(9)：重復實施步驟(4)～步驟(8)即可得到若干聲場模態。

3.基于權利要求2所述的聲場模態分析方法，其特征在于，所述步驟(4)為：利用奇異值分解的線性分解特性，在信號中加入頻率等于聲場模態頻率、幅值顯著大于信號中的其他分量的正弦激勵信號，其中幅值根據步驟(3)確定；加入激勵后，信號在聲場模態頻率附近的幅值就顯著大于其他部分，確保步驟(6)奇異值分解得到的第一奇異值對應期望的濾波信號，解決了奇異值分解的頻域無序特性問題。

4.基于權利要求2所述的聲場模態分析方法，其特征在于，所述步驟(7)為：將激勵信號從重構分量信號中減去，即可得指定模態在傳聲器陣列各測點上的同步聲學信息。

5.基于權利要求2所述的聲場模態分析方法，其特征在于，步驟(3)和步驟(5)中所述Hankel矩陣按照如下方法構建：

設信號序列為X＝[x(1),x(2),…,x(N)]，N為信號長度，則由其構建的Hankel矩陣為：

式中1＜q＜N，p＝N-q+1，不失一般性取p≤q。

6.基于權利要求2所述的聲場模態分析方法，其特征在于，所述步驟(3)和步驟(5)為：利用奇異值分解的帶通濾波特性，濾波帶寬主要由構建的Hankel矩陣的列數q和行數p決定，列數q和行數p越大帶寬B越窄；在截取的分析信號長度N一定時，當Hankel矩陣結構列數滿足：q＝N/2或q＝(N+1)/2時，此時濾波提取效果最佳，此時行數滿足：p＝N-q+1。

7.基于權利要求2所述的聲場模態分析方法，其特征在于，所述步驟(4)～步驟(8)重復實施，每次實施對應的聲場模態相同，或者不同。