[發明專利]高精度構建三維聲場的方法、系統、設備及存儲介質

在審

• 申請號: 202210936217.8
• 申請日: 2022-08-05
• 公開（公告）號: CN115358143A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 江雪;張傳鑫;他得安
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06T17/00;G06F119/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種高精度構建三維聲場的方法，其特征在于，適用于聲學相控陣或超材料構建三維聲場，包括：

根據發射設備的性能參數，初始化聲全息算法；

構建初始聲場，作為待構建三維聲場的參考分布；

仿真聲傳播過程，將目標聲場反向傳播至發射平面；

獲取反向傳播至發射平面處的聲場分布的反饋信息，計算發射平面的發射參數；

根據發射平面的發射參數，將目標聲場正向傳播至初始聲場的位置，獲取正向傳播的聲場分布信息，判斷目標聲場的構建質量是否滿足預設要求，若是，則完成三維聲場的構建；

若否，則根據正向傳播獲取的聲場分布信息及參考分布，修正目標聲場，將修正后的目標聲場反向傳播至發射平面，獲取反向傳播至發射平面處的聲場分布的反饋信息，計算發射平面的發射參數，直至發射參數滿足預設要求。

2.如權利要求1所述的高精度構建三維聲場的方法，其特征在于，所述根據發射設備的性能參數，初始化聲全息算法進一步包括：

根據發射設備的特性，定義輻射源；

根據發射設備的發射單元的頻率、形狀、尺寸、位置及角度，自動生成網格；

其中，發射單元的發射參數可設置為常規的均勻陣列、非均勻排列的陣列或稀疏陣列；其每個陣元可獨立設置為任意形狀，以及任意偏轉角度；

對于規則形狀的發射單元，網格可以復用，只生成不重復的網格；對于陣列中相同的陣元也可實現復用，只對一個陣元生成網格。

3.如權利要求1所述的高精度構建三維聲場的方法，其特征在于，所述構建初始聲場，作為待構建三維聲場的參考分布進一步包括：

定義初始聲場的聲場類型、聲場強度及空間位置，對聲場中的不同組成部分指定不同的聲場類型，并支持獨立控制設置，可設置各個組成部分的聲強(W/cm²)，還可設置各個組成部分不同的編碼調制方式；

其中，聲場類型包括：多焦點、多波束、各階聲渦旋、任意聲學圖像，各種聲場類型可任意組合構建于不同位置；

編碼調制方式包括幅度調制、相位調制、頻率調制。

4.如權利要求1所述的高精度構建三維聲場的方法，其特征在于，所述仿真聲傳播過程，將目標聲場反向傳播至發射平面進一步包括：

對于均勻介質可使用基于物理模型的反向傳播運算，基于共軛格林函數，使用包含瑞利積分、有限元、有限差分在內的數值計算方法實現基于物理模型的反向傳播；

對于復雜介質可使用誤差反向傳播的運算形式，基于數學優化方法，根據目標聲場，將誤差反向傳播至發射平面；

基于數學模型或物理模型的反向傳播過程，將聲場信息編碼至整個發射平面，基于此構建的聲場，具有較強的魯棒性和抗干擾性。

5.如權利要求1所述的高精度構建三維聲場的方法，其特征在于，所述獲取反向傳播至發射平面處的聲場分布的反饋信息，計算發射平面的發射參數進一步包括：

所述反向傳播的結果即反饋信息；

基于物理模型的反向傳播，提取反饋信息中的發射面處的聲壓，對發射面各發射單元表面的聲壓進行積分或空間濾波操作，得到發射面上各發射單元的發射幅度和相位；

基于數學優化模型的反向傳播，根據不同優化算法，對發射單元的幅度和相位進行調整；

在每次迭代得到各發射單元的發射幅度和相位后，根據使用的發射設備的發射單元的輻射性能再次進行修正，對發射幅度和相位進行分級量化，校準一致性和量化誤差，得到適用于當前發射設備的發射參數，以滿足對不同相控陣或超材料的適應；

當相控陣或超材料陣列中某個發射單元出現問題時，該誤差信息將帶入迭代修正，滿足不同工況下的聲場構建優化。