[發(fā)明專利]一種采用聲壓和質(zhì)點(diǎn)加速度測(cè)量的非穩(wěn)態(tài)平面聲源的自由場(chǎng)實(shí)時(shí)還原方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910186905.5
• 申請(qǐng)日: 2019-03-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109798975B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿林;木孟林;李超;賀春東;陶邦升;張磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H17/00
• 分類號(hào): G01H17/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開(kāi)了一種采用聲壓和質(zhì)點(diǎn)加速度測(cè)量的非穩(wěn)態(tài)平面聲源的自由場(chǎng)實(shí)時(shí)還原方法，將測(cè)量平面H和輔助測(cè)量平面H₁上的時(shí)域聲壓進(jìn)行有限差分獲得平面H上的時(shí)域質(zhì)點(diǎn)加速度，并進(jìn)行二維空間傅里葉變換獲得平面H上的聲壓和質(zhì)點(diǎn)加速度時(shí)域波數(shù)譜；再利用平面H上的聲壓時(shí)域波數(shù)譜和質(zhì)點(diǎn)加速度時(shí)域波數(shù)譜、已知的聲壓與質(zhì)點(diǎn)加速度和聲壓與聲壓之間的時(shí)域脈沖響應(yīng)函數(shù)以及目標(biāo)聲源表面反射系數(shù)，推導(dǎo)自由場(chǎng)還原公式，實(shí)時(shí)還原出目標(biāo)聲源自由場(chǎng)條件下在平面H上所輻射的時(shí)變聲壓信號(hào)。本發(fā)明方法在時(shí)域上消除了非穩(wěn)態(tài)散射聲場(chǎng)的影響，無(wú)需進(jìn)行任何求逆和正則化運(yùn)算處理，具備實(shí)時(shí)還原聲場(chǎng)的能力，可用于實(shí)際聲場(chǎng)環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)分析目標(biāo)聲源的時(shí)變輻射特性和振動(dòng)特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物理專業(yè)中噪聲類領(lǐng)域，具體涉及一種采用聲壓和質(zhì)點(diǎn)加速度測(cè)量的非穩(wěn)態(tài)平面聲源的自由場(chǎng)實(shí)時(shí)還原方法。

背景技術(shù)

實(shí)際聲場(chǎng)環(huán)境是非自由場(chǎng)，它不僅包含目標(biāo)聲源的輻射聲，而且還會(huì)包含來(lái)自測(cè)量面另一側(cè)的干擾聲以及干擾聲在目標(biāo)聲源表面產(chǎn)生的散射聲。除了干擾聲所產(chǎn)生的聲場(chǎng)能夠影響目標(biāo)聲源輻射的聲場(chǎng)外，散射聲也能夠影響對(duì)目標(biāo)聲源輻射聲場(chǎng)的準(zhǔn)確測(cè)量，因此需要一種自由場(chǎng)還原方法將干擾聲和散射聲的影響從測(cè)量結(jié)果中消除。

到目前為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已提出多種自由場(chǎng)還原方法：Hald等提出了基于統(tǒng)計(jì)最優(yōu)近場(chǎng)聲全息(SONAH)的自由場(chǎng)還原方法，首先將向外聲場(chǎng)和向內(nèi)聲場(chǎng)進(jìn)行分離，然后通過(guò)目標(biāo)聲源表面邊界條件計(jì)算得到散射聲場(chǎng)，最后從向外聲場(chǎng)中去除散射聲場(chǎng)，徹底還原出平面目標(biāo)聲源在自由場(chǎng)條件下輻射的聲場(chǎng)。Hu等利用二維空間傅里葉變換和平面聲源的表面反射系數(shù)，推導(dǎo)了非自由場(chǎng)中基于雙面聲壓測(cè)量的平面近場(chǎng)聲全息的完備計(jì)算公式，從而實(shí)現(xiàn)了噪聲環(huán)境中平面目標(biāo)聲源的準(zhǔn)確聲場(chǎng)重建。為了適應(yīng)于球形聲源，Braikia等提出了基于球面波疊加法(SWSM)的雙面聲壓測(cè)量的自由場(chǎng)還原技術(shù)，通過(guò)鏡像原理進(jìn)一步去除了半球測(cè)量面外部干擾聲在目標(biāo)聲源表面上散射聲的影響，從而實(shí)現(xiàn)了小內(nèi)空間的聲場(chǎng)重建。畢傳興等將目標(biāo)聲源表面導(dǎo)納引入Braikia的方法，避免了剛性表面假設(shè)，并去除背側(cè)干擾聲在目標(biāo)聲源表面產(chǎn)生的散射聲。Langrenne等提出了基于邊界元法(BEM)的雙面聲壓測(cè)量的自由場(chǎng)還原方法，將任意外形目標(biāo)聲源在自由場(chǎng)條件下輻射的聲場(chǎng)從混合聲場(chǎng)中徹底還原出來(lái)，但會(huì)帶入奇異值積分、計(jì)算效率低和解非唯一性等問(wèn)題。為了高效地實(shí)現(xiàn)任意形狀聲源的自由場(chǎng)還原，Bi等提出了基于等效源法的自由場(chǎng)還原方法。然而，上述這些自由場(chǎng)還原方法都是基于雙面聲壓測(cè)量，兩測(cè)量面之間的距離會(huì)影響還原精度，甚至不合理的距離會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的還原結(jié)果。為了避免雙測(cè)量面之間距離的影響，F(xiàn)ernandez-Grande等將單面聲壓-振速測(cè)量和SONAH結(jié)合，提出了基于單面測(cè)量的自由場(chǎng)還原方法，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)聲源的聲場(chǎng)還原。Braikia等也將單面聲壓-振速測(cè)量引入基于SWSM的自由場(chǎng)還原方法，實(shí)現(xiàn)了非消聲室環(huán)境下目標(biāo)聲源的識(shí)別。Langrenne等提出了基于單面聲壓-振速測(cè)量的BEM的自由場(chǎng)還原方法，在封閉空間里還原了任意外形目標(biāo)聲源在自由場(chǎng)條件下的聲壓場(chǎng)。

在上述基于雙面測(cè)量和單面測(cè)量的自由場(chǎng)還原方法中，還原的對(duì)象都是穩(wěn)態(tài)聲源，無(wú)法用于非穩(wěn)態(tài)聲源。非穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)的還原還需要在時(shí)域上消除干擾聲和散射聲的影響，還原出目標(biāo)聲源隨時(shí)間變化的聲學(xué)特性。為此，Zhang等在2012年提出了基于雙面聲壓測(cè)量的時(shí)域聲場(chǎng)分離方法，在時(shí)域和空間域上消除了干擾聲源的影響。為了減少計(jì)算時(shí)間，Bi等在2014年提出了基于聲壓和加速度測(cè)量的實(shí)時(shí)聲場(chǎng)分離方法。為了避免有限差分引起的誤差，并提高分離精度，Bi等提出了基于單層聲壓和振速測(cè)量的非穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)分離方法。但是這些時(shí)域分離方法僅僅能夠去除測(cè)量平面另一側(cè)干擾聲源產(chǎn)生的非穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)，無(wú)法消除干擾聲在目標(biāo)聲源表面產(chǎn)生的非穩(wěn)態(tài)散射聲場(chǎng)。為實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)散射聲場(chǎng)的消除，Geng等提出了一種基于雙面聲壓測(cè)量的非穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)還原方法。在該非穩(wěn)態(tài)還原方法中，目標(biāo)聲源在自由場(chǎng)中輻射的時(shí)域聲壓與雙測(cè)量面上的混合時(shí)域聲壓不能夠直接建立關(guān)系，需要先進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)分離，再去除非穩(wěn)態(tài)散射聲場(chǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)還原；該還原方法仍然需要復(fù)雜的迭代解卷計(jì)算，且其過(guò)程是病態(tài)的逆向問(wèn)題，需要Tikhonov正則化和奇異值分解來(lái)獲得合適的解，導(dǎo)致還原方法計(jì)算量大，且還原精度很大程度上依賴于正則化參數(shù)的合理選取；雙測(cè)量面之間的距離對(duì)還原精度也有影響。