[发明专利]一种基于压缩感知理论的旋转声源多普勒效应消除方法

权利要求书

1.一种基于压缩感知理论的旋转声源多普勒效应消除方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤a、在旋转声源辐射声场中设置一个测量面，所述测量面为平面，所述测量面与声源旋转平面平行，且测量面中心与声源旋转中心的连线垂直于声源旋转平面，在以测量面中心为圆心，以r_s为半径的圆周上均匀设置N个测点，r_s不小于声源旋转半径，N不小于信号最高模态阶数的2倍；

步骤b、在N个测点中随机选取H个测点安装传声器形成测量阵列，H的值满足式(1)：

式(1)中：

C为感知常数；D为模态稀疏度，其表征信号在模态域中非零值的个数；

利用各传声器测量获得t时刻旋转声源所辐射的含有多普勒效应的声压信号；

步骤c、分别建立静止柱坐标系和随旋转声源以相同角速度Ω进行旋转的旋转柱坐标系所述静止柱坐标系和旋转柱坐标系的原点均为测量面中心，静止柱坐标系和旋转柱坐标系的z轴方向为测量面中心至声源旋转中心的连线方向，静止柱坐标系和旋转柱坐标系在t为0的测量初始时刻相互重合；

步骤d、将N个测点中第n个测点在静止柱坐标系下的坐标表示为将N个测点中第n个测点在旋转柱坐标系下的坐标表示为根据静止柱坐标系和旋转柱坐标系之间的相对运动关系，获得所述第n个测点在静止柱坐标系和旋转柱坐标系下坐标之间的对应关系如式(2)：

步骤e、在t时刻，静止柱坐标系下N个测点处接收到的声压信号一一对应为：将静止柱坐标系下N个测点处接收到的声压信号表征为式(3)：

对式(3)进行角正变换获得式(4)：

式(4)中：

Ψ_s表示静止柱坐标系下的N×N阶空间变换矩阵；

A_m(t)表示周向模态幅值；m表示周向模态阶数；j为虚数单位；

一一对应为N个测点中第1、第2至第N个测点的周向角度；

m₁，m₂，…，m_N一一对应为第1、第2至第N个周向模态阶数；

一一对应为第m₁、第m₂至第m_N阶的周向模态幅值；

按照Shannon-Nyquist采样定律，周向模态阶数m要求满足式(5)：

-|1-N|/2≤m≤N/2 (5)

根据随机选取的H个传声器安装位置，利用随机1-0矩阵构建H×N阶压缩感知测量矩阵B；则由所述H个传声器所测得含有多普勒效应的声压信号表征为式(6)：

通过求解式(7)中的迭代加权l₁-范数最小化问题，实现周向模态幅值A_m(t)的重构：

式(7)中：

||·||₁表示l₁-范数，||·||₂表示l₂-范数，g表示第g次迭代，w^(g)表示第g次迭代的加权系数；

第g次迭代得到的周向模态幅值表示为

第g-1次迭代得到的周向模态幅值表示为

在满足时终止迭代，Δ为设定的较小常数；

步骤f、根据式(2)和式(7)获得由式(8)表征的各测点处不含多普勒效应的声压信号为：

以此实现消除旋转声源多普勒效应。

2.根据权利要求1所述的基于压缩感知理论的旋转声源多普勒效应消除方法，其特征是：各时刻声源旋转角速度为已知的匀速变化，或为已知的非匀速变化。

3.根据权利要求1所述的基于压缩感知理论的旋转声源多普勒效应消除方法，其特征是：所述声源为一个或多个，且每个声源旋转平面均与所述测量面平行，每个声源旋转中心与测量面中心的连线垂直于声源旋转平面；声源为多个时，所有声源的旋转角速度变化相一致。

4.根据权利要求1所述的基于压缩感知理论的旋转声源多普勒效应消除方法，其特征是：所述声源信号为稳态信号或非稳态信号。