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Mo和干扰声源Md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Mo和干扰声源Md均可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Mo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,zH)，测量平面H1上的测量网格点坐标为(x,y,zH1)；同步采集测量平面H上各测量网格点(x,y,zH)处的声压时域信号p(x,y,zH,t)和测量平面H1上各测量网格点(x,y,zH1)处的声压时域信号p(x,y,zH1,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,zH)处的质点加速度时域信号a(x,y,zH,t)： a ( x , y , z H , t ) = - p ( x , y , z H 1 , t ) - p ( x , y , z H , t ) ρ 0 ( z H 1 - z H ) - - - ( 1 ) 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,zH,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(kx,ky,zH,t)，对测量平面H上的质点加速度时域信号a(x,y,zH,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(kx,ky,zH,t)， P ( k x , k y , z H , t ) = ∫ - ∞ ∞ ∫ - ∞ ∞ p ( x , y , z H , t ) e j ( k x x + k y y ) dxdy - - - ( 2 ) A ( k x , k y , z H , t ) = ∫ - ∞ ∞ ∫ - ∞ ∞ a ( x , y , z H , t ) e j ( k x x + k y y ) dxdy - - - ( 3 ) 在式(2)和式(3)中，j表示虚数单位；kx、ky分别为x、y方向的波数；步骤d、构建声压时域波数谱P(kx,ky,zH,t)、质点加速度时域波数谱A(kx,ky,zH,t)、已知的时域脉冲响应函数h(kx,ky,0,t)和目标声源Mo单独在测量平面H上所辐射的声压时域波数谱Po(kx,ky,zH,t)之间的关系如式(4)所示：Po(kx,ky,zH,t)=0.5[P(kx,ky,zH,t)+A(kx,ky,zH,t)*h(kx,ky,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tn=(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 ) + Σ i = 1 n A ( k x , k y , z H , t i ) h ( k x , k y , 0 , t n - i + 1 ) ] - - - ( 5 ) 步骤e、对于所述声压时域波数谱Po(kx,ky,zH,tn)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Mo单独在测量平面H上所辐射的声压时域信号po(x,y,zH,tn)： p o ( x , y , z H , t n ) = 1 ( 2 π ) 2 ∫ - ∞ ∞ ∫ - ∞ ∞ P o ( k x , k y , z H , t n ) e - j ( k x x + k y y ) dk x dk y - - - ( 6 ) .