[发明专利]一种声场识别的多孔声全息方法

摘要

本发明涉及一种声场识别的多孔声全息方法，包括以下步骤：1)设计加工单传声器阵列，并通过仿真计算寻找限定空间内多孔传声器阵列的最优布置方式；2)根据步骤1)得到的多孔传声器阵列的最优布置方式在实际测试空间布置n个单传声器阵列；3)利用空间多孔传声器阵列采集目标声源的声压信号，在目标声源与多孔传声器阵列之间选择声场重建面，对目标声源进行多孔声全息声场重建，得到目标声源的声场图，其中，声场图中主瓣中心位置即为目标声源的位置估计。本发明尤其可以广泛应用于大型施工机械，以及高速运动的汽车、火车、飞机等噪声治理中。

主权项

一种声场识别的多孔声全息方法，包括以下步骤：1)设计加工单传声器阵列，并通过仿真计算寻找限定空间内多孔传声器阵列的最优布置方式，具体过程为：1.1)设计每个单传声器阵列的相关参数，其中，每个单传声器阵列的相关参数均包括单传声器阵列孔径D0、传声器个数m和传声器布置形式；1.2)建立空间坐标系，根据实际测试需要确定多孔传声器阵列的空间布置范围，其中，空间坐标系建立过程为：面向声源，以水平向右方向为x轴正向，以竖直向下方向为y轴正向，垂直于x轴、y轴并指向声源的方向为z轴正向，如果声源是运动的，则需要使得xoy平面平行于声源运动方向；1.3)将空间布置范围以所选择的单传声器阵列孔径D0为单元划分成网格，假设共有k1×k2×k3个网格点；1.4)根据空间布置范围，确定多孔传声器阵列的孔径个数n，其中，n小于网格点总数；1.5)设计仿真声源，仿真声源的强度表示为其中，仿真声源包含频率成分f1、f2...fL，各个频率成分的强度分别为q1、q2...qL；1.6)在仿真声源与多孔传声器阵列之间选择声场重建面，声场重建面应平行于xoy平面，并尽量靠近仿真声源的预估位置，记声场重建面为1.7)将声场重建面进行离散化，得到一系列重建点；1.8)将n个单传声器阵列的中心随机放置于k1×k2×k3个网格点中的任意n处，针对此种多孔传声器阵列在限定空间内的布置方式，对仿真声源进行多孔声全息声场重建，得到仿真声源的声场图，具体过程为：①选择声场重建面上某个重建点(ζ,η)；②假设第i个单传声器阵列的中心位置为(xi,yi,zi)，第i个单传声器阵列中第j个传声器的位置为(xi，j，yi，j，zi，j)，如果仿真声源运动速度则第i个单传声器阵列中第j个传声器的位置收到的仿真声压信号为则进入步骤③；如果则第i个单传声器阵列中第j个传声器的位置收到的仿真声压信号为消除仿真声压信号中的多普勒效应后进入步骤③；③对仿真声压信号信号进行傅里叶变换：H~i,j(f)=FFT[p~i,j*(t)]]]>④对每一单传声器阵列中的每一传声器分别重复步骤②～③，处理完成后对进行基尔霍夫衍射积分声全息声场重建，重建点(ζ,η)的重建结果为：U~H(ζ,μ,f)=jk4πΣi=1nΣj=1mH~i,j(f)ejkr~i,jr~i,j[1-(1-1jkr~i,j)zi,j-zH~r~i,j]]]>式中，ri,j为点(ζ,η)到传声器i，j的距离；⑤遍历声场重建面上所有重建点，反复进行①～④步骤，得到整个声场重建面上所有重建点的重建结果并将重建结果进行图形化，得到仿真声源的声场图；1.9)根据仿真声源的声场图计算‑6dB主瓣面积MLA和最大旁瓣高度比其中，hs为最大旁瓣高度，hm为主瓣高度；1.10)计算目标函数g＝a1MLA+a2SLR，其中，a1和a2为线性调节系数；1.11)遍历限定空间内所有的多孔传声器阵列的布置方式，反复进行步骤1.8)～1.10)，使得目标函数g最小化，寻找得到限定空间内的多孔传声器阵列最优布置方式：ming＝a1MLA+a2SLR；2)根据步骤1)得到的多孔传声器阵列的最优布置方式在实际测试空间布置n个单传声器阵列；3)利用多孔传声器阵列采集目标声源的声压信号，在目标声源与多孔传声器阵列之间选择声场重建面，对目标声源进行多孔声全息声场重建，得到目标声源的声场图，其中，声场图中主瓣中心位置即为目标声源的位置估计。