采用振速测量和局部近场声全息法的噪声源识别方法

摘要

本发明提供的是一种采用振速测量和局部近场声全息法的噪声源识别方法。测量位于近场的有限孔径测量面H上的法向质点振速，对其进行补零扩展，计算测量面与声源面之间的传递矩阵，最后求解得到声源面S上的声压和法向质点振速。本发明采用法向质点振速作为输入量进行声场重建，可以获得更高精度的声场信息。本发明采用局部近场声全息法，与传统迭代局部近场声全息法相比，本发明具有计算简单、计算时间短及计算效率高等优点。用于噪声源识别定位和声场重建。

主权项

1.一种采用振速测量和局部近场声全息法的噪声源识别方法，其特征是包括如下步骤：a、测量测量面H上法向质点振速在声源的辐射声场中，距声源d处为测量面H，在测量面上呈网格式分布有测量点，相邻网格点之间的距离小于半个波长；测量所述测量面上各网格点处的法向质点振速幅值和相位信息获得测量面上的法向质点振速；b、对测量面H上的法向质点振速补零扩展得到测量面H+上法向质点振速$v_E(H+)=D·v_H(H+),$其中$D=\mathrm{diag}[D_{\mathrm{ll}},···,D_{\mathrm{MM}}]$$v_E(H+)={[v_{\mathrm{El}},···,v_{\mathrm{EM}}]}^T$$v_H(H+)={[v_{\mathrm{Hl}},···,v_{\mathrm{HM}}]}^T$v_H(H)为测量面H上的法向质点振速、v_E(H+)为测量面H+上由v_H(H)补零后得到的法向质点振速、v_H(H+)为测量面H+上的法向质点振速、D为采样算子、D_ii为矩阵D中对角线上的值、M为测量面H+上测量网格的点数、T为矩阵转置、（x,y,z）为三维笛卡尔坐标，测量面H（z=z_H）与（x,y）坐标面平行，测量面的法向为z方向；c、计算测量面H+上由v_H(H)补零后得到的法向质点振速v_E(H+)与声源面S上声压和法向质点振速之间的传递矩阵$W_D={\mathrm{DB}}_{k_c}{F}^{-1}{G}_{D}F$$W_N={\mathrm{DB}}_{k_c}{F}^{-1}{G}_{N}F$其中$G_D=e^{{\mathrm{jk}}_{z}d},G_N=k_z{e}^{{\mathrm{jk}}_{z}d}/\mathrm{\rho ck},$$B_{k_c}=F^{-1}{L}_{k_c}F,d=z_H-z_S$$k_z=\left\{\begin{array}{cc}\sqrt{k^2-k_x^2-k_y^2}& k_x^2+k_y^2\le k^2\\ -j\sqrt{k_x^2+k_y^2-k^2}& k_x^2+k_y^2>k^2\end{array}\right.,$$L_{k_c}=\mathrm{diag}[L_{\mathrm{ll}},···,L_{\mathrm{MM}}],L_{\mathrm{ii}}=\left\{\begin{array}{cc}1& \sqrt{{k_x}^2+{k_y}^2}<k_c\\ 0& \sqrt{{k_x}^2+{k_y}^2}>k_c\end{array};\right.$W_D为测量面H+上由v_H(H)补零后得到的法向质点振速v_E(H+)与声源面S上法向质点振速之间的传递矩阵、W_N为测量面H+上由v_H(H)补零后得到的法向质点振速v_E(H+)与声源面S上声压之间的传递矩阵、G_D为测量面H+上法向质点振速v_E(H+)与声源面S上法向质点振速的格林函数、G_N为测量面H+上法向质点振速v_E(H+)与声源面S上声压的格林函数、F为二维空间傅里叶变换因子、F^-1为二维空间傅里叶变换因子的逆变换、为波数域内带限算子、d为测量面与声源面间的距离、ρ为介质密度、c为介质中声速、k为波数、为低通滤波器、L_ii为矩阵中对角线上的值、k_c为截止波数；声源面S（z=z_S）与（x,y）坐标面平行，声源面的法向为z方向；d、求解得到声源面S上的声压和法向质点振速$v_S={(\mathrm{\alpha I}+W_D^H{W}_D)}^{-1}{W}_D^H{v}_E(H+),$$p_S={(\mathrm{\alpha I}+W_N^H{W}_N)}^{-1}{W}_N^H{v}_E(H+),$其中v_S为声源面S上的法向质点振速、p_S为声源面S上的声压、α为正则化参数、I为单位对角矩阵、为W_N的共轭转置矩阵、为矩阵的逆矩阵。