[发明专利]一种基于实心球阵列的全方位等效源声源识别方法

摘要

本发明公开了一种基于实心球阵列的全方位等效源声源识别方法，它包括步骤1、获取实心球阵列测量的声场辐射总声压；步骤2、基于迭代加权算法计算等效源强度q；求解式为：式中，W为加权矩阵，是对角元素非零的可逆矩阵；λ为正则化参数；步骤3、重建任意位置声压。发明的优点是：在中低频且大测量距离下具有优异的声源定位精度和声场重建性能。

主权项

1.一种基于实心球阵列的全方位等效源声源识别方法，包括以下步骤：步骤1、获取实心球阵列测量的声场辐射总声压设实心球阵列中心为坐标原点，三维空间内任意位置可用r＝(r,θ,φ)来描述，r表示三维空间任一观测点与原点的距离，θ与φ分别为仰角和方位角，且记Ω≡(θ,φ)，实心球阵列表面(a,Ω)处任一点的声场辐射总声压表达式为：式中，a为阵列半径；c为声速，ρ为密度，Q为体积速度，k为波数，n和m分别为球谐函数的次和阶，r₀＝(r₀,Ω₀)为点声源的位置，h_n(·)表示第一类球汉克尔函数，h_n′(·)为h_n(·)的导数，为球谐函数，(·)^*表示复共轭；球阵列表面麦克风的测量声场辐射总声压写成矩阵式：pt＝GNq式中，p_t为L×1阶球阵列表面麦克风声压列向量，q为S×1阶等效源强度列向量，各元素分别对应于jωρQ_s，ω表示角频率；L为实心球阵列表面的麦克风数，S为等效源球面的单极子点声源个数；G_N为麦克风与等效源之间的L×S阶诺依曼格林函数矩阵，式中r_e＝(r_e,Ω_e)表示等效源的位置，r为三维空间任一观测点与原点的距离；其特征是：步骤2、基于迭代加权算法计算等效源强度；步骤1的矩阵式的求解为：式中，W为加权矩阵，是对角元素非零的可逆矩阵；λ为正则化参数，||·||₂为l₂范数；初始化式中，re,s表示第s个等效源与坐标原点的距离，s＝1,2…S求等效源强度q的迭代过程为：步骤(1)、计算加权矩阵W⁽ⁱ⁾：W⁽ⁱ⁾＝W₀W_i，步骤(2)、计算新的传递矩阵步骤(3)、对进行奇异值分解：步骤(4)、计算步骤(5)、计算等效源强度q⁽ⁱ⁾：步骤(6)、判断终止条件：τ＝10log(||q(i)||2/||q(i+1)||2)≤0.1dB将步骤(5)的q(i)代入步骤(1)求得Wi+1进入下一次循环，如此反复迭代直到步骤(6)的终止条件满足时，得到等效源强度q；步骤3、重建任意位置声压三维声场中重建声压的表达式为：pr＝Grq式中，pr为重建球面入射声压，Gr为等效源与重建球面rr处重建点之间的自由场格林函数，其表达式为：式中，jn(·)表示第一类球贝塞尔函数，rr＝(rr,Ωr)表示重建位置，Ωe,s表示第s个等效源处的方向。