[發明專利]一種消除旋轉聲源多普勒效應的方法

在審

• 申請號: 201910979496.4
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110567577A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 張永斌;李銀龍;張小正;畢傳興
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01M13/00
• 代理公司: 34101 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 何梅生

1.一種消除旋轉聲源多普勒效應的方法，其特征是：在旋轉聲源輻射聲場中設置測量面，利用傳聲器測量獲得測量面中各測點含有多普勒效應的聲壓信號；在空間中建立靜止柱坐標系和隨聲源以相同角速度旋轉的旋轉柱坐標系；根據靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系之間的相對運動關系，建立各測點在靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系下坐標之間的相對關系；根據測量聲壓在靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系下相等的先驗條件，并結合坐標的相對關系計算出含有多普勒效應的聲壓角譜與不含多普勒效應的聲壓角譜之間的對應關系；根據聲壓角譜之間的對應關系以及各測點含有多普勒效應的聲壓，計算獲得各測點不含多普勒效應的聲壓，從而消除多普勒效應。

2.根據權利要求1所述的消除旋轉聲源多普勒效應的方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟a、在旋轉聲源輻射聲場中設置由N個均勻分布且靜止不動的傳聲器構成的環形測量陣列，所述環形測量陣列所在平面為測量面，所述測量面與聲源旋轉平面平行，且測量面中心與聲源旋轉中心的連線垂直于聲源旋轉平面，利用傳聲器測量獲得t時刻旋轉聲源所輻射的聲壓信號，其為含有多普勒效應的聲壓信號；

步驟b、在空間中分別建立靜止柱坐標系和以旋轉角速度Ω與聲源同步旋轉的旋轉柱坐標系所述靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系的原點均為環形測量陣列的中心點，靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系的z軸方向為環形測量陣列的軸線方向，靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系在測量的初始時刻，即t＝0的時刻，是重合的；

步驟c、將環形測量陣列中第n個傳聲器在靜止柱坐標系下的坐標表示為將環形測量陣列中第n個傳聲器在旋轉柱坐標系下的坐標表示為根據靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系之間的相對運動關系，獲得所述第n個傳聲器在靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系下坐標之間的相對關系如式(1)：

步驟d、按如下方式表征各聲壓信號：

在t時刻，靜止柱坐標系下N個傳聲器測得的聲壓信號一一對應為：將靜止柱坐標系下N個傳聲器測得的聲壓信號表征為式(2)：

在t時刻，旋轉柱坐標系下N個傳聲器測得的聲壓信號一一對應為：將旋轉柱坐標系下N個傳聲器測得的聲壓信號表征為式(3)：

根據式(1)和式(3)，將N個傳聲器在旋轉柱坐標系下測得的聲壓信號表征為式(4)：

步驟e、根據各傳聲器測得的聲壓信號在任一坐標系下不變的先驗條件，則有式(5)：

對式(5)進行角正變換獲得靜止柱坐標系下含有多普勒效應的聲壓角譜P_s(r_s,m,z_s,t)和旋轉柱坐標系下的不含多普勒效應的聲壓角譜P_r(r_s,m,z_s,t)之間的對應關系如式(6)：

P_s(r_s,m,z_s,t)＝P_r(r_s,m,z_s,t)e^-jmΩt (6)

式(6)中，j表示虛數單位；m表示周向模態數；

步驟f、式(6)中聲壓角譜P_s(r_s,m,z_s,t)為已知量，是通過對各傳聲器測得的聲壓信號進行角正變換所獲得，則將式(6)變換為式(7)，式(7)中聲壓角譜P_r(r_s,m,z_s,t)為待確定量：

P_r(r_s,m,z_s,t)＝P_s(r_s,m,z_s,t)e^jmΩt (7)

通過對式(7)進行角逆變換，獲得各測點不含多普勒效應的聲壓信號如式(8)：

實現旋轉聲源多普勒效應的消除。

3.根據權利要求1或2所述的旋轉聲源多普勒效應消除方法，其特征是：各時刻聲源旋轉角速度為已知的勻速變化，或為已知的非勻速變化。