采用声压和质点加速度测量的实时声场分离方法

摘要

本发明公开了一种采用声压和质点加速度测量的实时声场分离方法，其特征是在目标声源和干扰声源之间布置两个相互平行的测量平面H和测量平面H₁，同步采集两个测量平面上的声压时域信号；利用两个测量平面上的声压时域信号，通过有限差分法获得测量平面H上的质点加速度时域信号；再利用测量平面H上的声压时域波数谱和质点加速度时域波数谱、已知的时域脉冲响应函数，实时分离出目标声源单独在测量平面H上所辐射的声压时域波数谱，进而获得目标声源单独在测量平面H上所辐射的声压时域信号。本发明方法无需进行任何求逆和正则化运算处理，计算速度快、稳定性高；本发明方法具备实时分离声场的能力，可用于噪声干扰环境下现场分析目标声源的时变辐射特性。

主权项

采用声压和质点加速度测量的实时声场分离方法，其特征是按如下步骤进行：步骤a、在目标声源M_o和干扰声源M_d之间布置相互平行的测量平面H和测量平面H₁；所述目标声源M_o和干扰声源M_d均能够辐射任意线性声场信号；在所述测量平面H和测量平面H₁上分别均匀分布有M个测量网格点，测量平面H和测量平面H₁上的测量网格大小和测量网格点位置相同；以目标声源M_o的中心为坐标原点建立笛卡尔坐标系，所述笛卡尔坐标系中的xoy坐标平面平行于测量平面H，z轴方向垂直于测量平面H；测量平面H上的测量网格点坐标为(x,y,z_H)，测量平面H₁上的测量网格点坐标为(x,y,z_H1)；同步采集测量平面H上各测量网格点(x,y,z_H)处的声压时域信号p(x,y,z_H,t)和测量平面H₁上各测量网格点(x,y,z_H1)处的声压时域信号p(x,y,z_H1,t)；步骤b、按照式(1)进行有限差分获得测量平面H上各测量网格点(x,y,z_H)处的质点加速度时域信号a(x,y,z_H,t)：$a(x,y,z_H,t)=-\frac{p(x,y,z_{H1},t)-p(x,y,z_H,t)}{{\rho }_0(z_{H1}-z_H)}---\left(1\right)$式(1)中，t为时间；ρ₀为介质密度；步骤c、对于测量平面H上的声压时域信号p(x,y,z_H,t)按照式(2)进行二维空间傅里叶变换获得声压时域波数谱P(k_x,k_y,z_H,t)，对测量平面H上的质点加速度时域信号a(x,y,z_H,t)按照式(3)进行二维空间傅里叶变换获得质点加速度时域波数谱A(k_x,k_y,z_H,t)，$P(k_x,k_y,z_H,t)={\int }_{-\infty }^{\infty }{\int }_{-\infty }^{\infty }p(x,y,z_H,t)e^{j(k_{x}x+k_{y}y)}\mathrm{dxdy}---\left(2\right)$$A(k_x,k_y,z_H,t)={\int }_{-\infty }^{\infty }{\int }_{-\infty }^{\infty }a(x,y,z_H,t)e^{j(k_{x}x+k_{y}y)}\mathrm{dxdy}---\left(3\right)$在式(2)和式(3)中，j表示虚数单位；k_x、k_y分别为x、y方向的波数；步骤d、构建声压时域波数谱P(k_x,k_y,z_H,t)、质点加速度时域波数谱A(k_x,k_y,z_H,t)、已知的时域脉冲响应函数h(k_x,k_y,0,t)和目标声源M_o单独在测量平面H上所辐射的声压时域波数谱P_o(k_x,k_y,z_H,t)之间的关系如式(4)所示：P_o(k_x,k_y,z_H,t)＝0.5[P(k_x,k_y,z_H,t)+A(k_x,k_y,z_H,t)*h(k_x,k_y,0,t)]   (4)在式(4)中，“*”表示两个时间函数的卷积运算；将式(4)中的时间t离散为t_n＝(n‑1)Δt，其中Δt为采样时间间隔，n＝1,2,...,N，N为采样点总数，式(4)的离散形式如式(5)所示：$P_o(k_x,k_y,z_H,t_n)=0.5[P(k_x,k_y,z_H,t_n)+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}A(k_x,k_y,z_H,t_i)h(k_x,k_y,0,t_{n-i+1})]---\left(5\right)$步骤e、对于所述声压时域波数谱P_o(k_x,k_y,z_H,t_n)按照式(6)进行二维空间傅里叶反变换，分离出每个时刻下目标声源M_o单独在测量平面H上所辐射的声压时域信号p_o(x,y,z_H,t_n)：$p_o(x,y,z_H,t_n)=\frac{1}{{\left(2\pi \right)}^2}{\int }_{-\infty }^{\infty }{\int }_{-\infty }^{\infty }{P}_o(k_x,k_y,z_H,t_n)e^{-j(k_{x}x+k_{y}y)}d{k}_{x}d{k}_y---\left(6\right).$