[發明專利]一種基于實心球陣列的全方位等效源聲源識別方法

在審

• 申請號: 201811550734.1
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109507640A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 褚志剛;劉宴利;平國力;楊洋
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

1.一種基于實心球陣列的全方位等效源聲源識別方法，包括以下步驟：

步驟1、獲取實心球陣列測量的聲場輻射總聲壓

設實心球陣列中心為坐標原點，三維空間內任意位置可用r＝(r,θ,φ)來描述，r表示三維空間任一觀測點與原點的距離，θ與φ分別為仰角和方位角，且記Ω≡(θ,φ)，實心球陣列表面(a,Ω)處任一點的聲場輻射總聲壓表達式為：

式中，a為陣列半徑；c為聲速，ρ為密度，Q為體積速度，k為波數，n和m分別為球諧函數的次和階，r₀＝(r₀,Ω₀)為點聲源的位置，h_n(·)表示第一類球漢克爾函數，h_n′(·)為h_n(·)的導數，為球諧函數，(·)^*表示復共軛；

球陣列表面麥克風的測量聲場輻射總聲壓寫成矩陣式：

p_t＝G_Nq

式中，p_t為L×1階球陣列表面麥克風聲壓列向量，q為S×1階等效源強度列向量，各元素分別對應于jωρQ_s，ω表示角頻率；L為實心球陣列表面的麥克風數，S為等效源球面的單極子點聲源個數；G_N為麥克風與等效源之間的L×S階諾依曼格林函數矩陣，式中r_e＝(r_e,Ω_e)表示等效源的位置，r為三維空間任一觀測點與原點的距離；

其特征是：

步驟2、基于迭代加權算法計算等效源強度；

步驟1的矩陣式的求解為：

式中，W為加權矩陣，是對角元素非零的可逆矩陣；λ為正則化參數，||·||₂為l₂范數；

初始化

式中，r_e,s表示第s個等效源與坐標原點的距離，s＝1,2…S

求等效源強度q的迭代過程為：

步驟(1)、計算加權矩陣W⁽ⁱ⁾：W⁽ⁱ⁾＝W₀W_i，

步驟(2)、計算新的傳遞矩陣

步驟(3)、對進行奇異值分解：

步驟(4)、計算

步驟(5)、計算等效源強度q⁽ⁱ⁾：

步驟(6)、判斷終止條件：τ＝10log(||q⁽ⁱ⁾||₂/||q⁽ⁱ⁺¹⁾||₂)≤0.1dB

將步驟(5)的q⁽ⁱ⁾代入步驟(1)求得W_i+1進入下一次循環，如此反復迭代直到步驟(6)的終止條件滿足時，得到等效源強度q；

步驟3、重建任意位置聲壓

三維聲場中重建聲壓的表達式為：

p_r＝G_rq

式中，p_r為重建球面入射聲壓，G_r為等效源與重建球面r_r處重建點之間的自由場格林函數，其表達式為：

式中，j_n(·)表示第一類球貝塞爾函數，r_r＝(r_r,Ω_r)表示重建位置，Ω_e,s表示第s個等效源處的方向。