[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

说明书

本发明公开了一种基于压缩感知理论的旋转声源多普勒效应消除方法，是在旋转声源辐射声场中设置测量面，在测量面上周向均匀设置的N个测点中随机选取H个测点安装传声器，获取含有多普勒效应的声压信号；建立各传声器所在测点坐标在静止柱坐标系和随旋转声源旋转的旋转柱坐标系下的对应关系；基于压缩感知理论，利用H个传声器所获取的声压信号重构得到静止柱坐标系下的周向模态幅值；根据周向模态幅值和静止柱坐标系与旋转柱坐标系下声压角谱的对应关系获得各传声器所在测点处不含多普勒效应的声压，消除多普勒效应。本发明突破了Shannon‑Nyquist采样定律限制，减少了传声器数量，允许传声器在周向上随机分布，降低了测量成本和传声器安装难度。

技术领域

本发明涉及噪声类领域多普勒效应消除方法，更具体地说是一种基于压缩感知理论的旋转声源多普勒效应消除方法。

背景技术

在机械产品运行过程中，工作零部件的噪声常常作为评定其运行状态的重要指标。然而处于旋转运动状态下的工作零部件，例如风机、螺旋桨以及风扇等等，直接对其运行状态进行监测往往会得到错误的结果，导致该错误结果的根本原因就是旋转运动部件以及传声器之间存在相对运动引起的多普勒效应，多普勒效应会对采集到的声信号造成幅值畸变和频率偏移。消除旋转声源的多普勒效应对于实际工程中零部件的运行监测有着重要作用。

当前较为先进的消除旋转声源多普勒效应的方法是时域旋转框架方法，是在声源辐射声场中建立静止柱坐标系和随声源同步旋转的旋转柱坐标系，通过对静止的环形均布传声器阵列所测得的时域声压信号在周向上进行模态分解，结合静止柱坐标系和旋转柱坐标系的坐标相对关系，获得含有多普勒效应的声压角谱和不含多普勒效应的声压角谱之间的关系，进而消除声压信号中的多普勒效应。

但是，时域旋转框架方法要求环形测量阵列上的传声器沿周向均匀分布，且传声器数量需满足Shannon-Nyquist采样定律，即传声器数量是能够检测的最高模态阶数的两倍。但在实际工程中，由于安装条件的限制，传声器常常无法实现均匀分布，因需要遵循Shannon-Nyquist采样定律，传声器数量往往要求很大，导致测量成本增加，且对后续测试的数据采集、存储以及分析都提出了较高要求。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于压缩感知理论的旋转声源多普勒效应消除方法，降低对于传声器分布均匀性的要求，减少对于传感器的要求数量，从而方便实现检测以及降低检测成本。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明基于压缩感知理论的旋转声源多普勒效应消除方法的特点是：在旋转声源辐射声场中设置测量面，在所述测量面上周向均匀设置N个测点；从N个测点中随机选取H个测点安装传声器，获取含有多普勒效应的声压信号；分别建立静止柱坐标系和随旋转声源以相同角速度旋转的旋转柱坐标系；建立各传声器所在测点坐标在静止柱坐标系和旋转柱坐标系下的对应关系；基于压缩感知理论，利用H个传声器所获取的声压信号重构得到静止柱坐标系下的周向模态幅值；根据所述周向模态幅值和静止柱坐标系与旋转柱坐标系下声压角谱的对应关系，进而获得各传声器所在测点处不含多普勒效应的声压，消除多普勒效应。

本发明基于压缩感知理论的旋转声源多普勒效应消除方法的特点是按如下步骤进行：

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；