[發明專利]一種基于平面陣掃描的聲場重建方法

有效

• 申請號: 202210049144.0
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114485917B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 陳志敏;張旭昕;樓京俊;盧錦芳
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G06F17/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 張曉博

本發明屬于機械結構聲輻射信號處理技術領域，公開了一種基于平面陣掃描的聲場重建方法，利用小型平面陣在空間二維方向上步進掃描，獲取不同位置掃描面陣的聲壓數據；通過在掃描面陣相鄰區域實施交疊測量，計算相鄰掃描面陣聲壓值之間由于非同時測量造成的相位偏移；通過對交疊位置處的聲壓幅值進行平均，將所有掃描面陣上的復聲壓數據組合到合成測量面上。利用合成測量面的聲壓值，結合基于傅里葉變換的近場聲全息方法實現對空間聲場的重建。本發明利用較少的測點完成較大范圍內的聲場測量與重建，所需的聲傳感器數目少，測量成本低，聲場重建精度高，計算速度快，有效避免傳統聲場重建方法中的窗效應問題，實現合成測量面大小調制。

技術領域

本發明屬于機械結構聲輻射信號處理技術領域，一種基于平面陣掃描的聲場重建方法。

背景技術

近場聲全息(Nearfield Acoustic Holography，NAH)是一種高分辨率的聲場重建方法，它利用聲傳感器陣列在聲源附近收集聲場信息，進而通過空間變換算法計算三維空間中的聲壓、聲強及質點振動速度，同時也可以得到聲源面上的聲壓和法向振速，從而能夠實現聲場的可視化和結構的振動分析，在噪聲源識別定位、振動噪聲控制和噪聲監測領域有著廣泛的應用。

大型水下航行器內部具有數目繁多的有源機械設備，會激勵航行器殼體產生復雜的結構振動，同時不可避免地引發噪聲輻射，不僅嚴重損害了機械結構的安全性能和健康壽命，也對環境產生了較大的噪聲干擾，需要通過聲場測量來進行噪聲源識別定位，為振動噪聲控制提供充分的理論依據和意見建議。傳統的近場聲全息方法在小型設備噪聲源識別領域有著優異的性能，但是對于大型水下航行器而言，其測試條件比較嚴苛，需要在聲場測量過程中滿足測量面積不小于聲源面大小，往往需要大量的聲傳感器組成陣列對聲場進行測試，造成巨大的測試成本，且工程實施難度大。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：傳統近場聲全息方法要求測量面積不小于聲源面大小，在對大型水下航行器進行測試時，由于成本高昂，測試條件可能難以滿足。

解決以上問題及缺陷的難度為：在保證聲場重建精度的同時，要盡可能降低工程測試的成本，并且測試方法要適應不同的環境特征，能夠有效降低環境噪聲的影響。

解決以上問題及缺陷的意義為：利用較少的測點完成較大范圍內的聲場測量與重建，可以降低所需的聲傳感器數目，大幅壓減測量成本，為大型水下航行器等結構裝備的聲場測量與重建提供有效方法，對于大型水下航行器的噪聲源定位、維修治理和改進設計可以提供相應方案意見。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于平面陣掃描的聲場重建方法，尤其涉及一種基于平面陣掃描的聲場重建方法。

本發明是這樣實現的，一種聲場重建方法，所述聲場重建方法包括：

根據聲源面和平面陣的大小，確定合成測量面大小和掃描路徑；利用平面陣在空間二維方向上步進掃描，獲得不同位置掃描面陣的時域聲壓數據，通過周期圖法計算掃描面陣上測點的復聲壓幅值，并以掃描面陣中心位置的測點為參考，通過互譜法計算掃描面陣上測點的復聲壓相位；

實施交疊測量，計算相鄰掃描面陣聲壓值之間由于非同時測量造成的相位偏移，并將交疊測量和掃描測量的重合點聲壓值進行幅值平均；將所有掃描面陣上的復聲壓數據組合到合成測量面上，利用合成測量面的復聲壓值，結合基于傅里葉變換的近場聲全息方法，實現空間聲場的重建。

進一步，所述聲場重建方法包括以下步驟：

步驟一，根據聲源面大小，設計合成測量面不小于4倍聲源面的面積，根據掃描面陣大小，設計合適的掃描路徑和平面陣測量位置，根據目標聲源頻率，確定采樣率和采樣時間；

步驟二，利用平面陣在空間二維方向上按照設計路徑步進掃描，在不同時刻獲得不同位置掃描面陣的時域聲壓數據；