一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法，首先，对空间中的待测点M处放置的无指向性声源，于空间V

【技术实现步骤摘要】
一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法
本专利技术涉及一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法，属于声场测试计量领域领域。
技术介绍
水声测试计量技术的发展与水声装备的发展密切相关，水声量值参数的准确，不仅关系到水声装备技术性能的优劣和质量的高低，而且也关系到水声科学研究的准确性。由于水声研究通常涉及到很大空间尺度的范围，研究也往往只关注与自由场中声源的远场特性。现有技术中心通常采用近场声全息(Near-fieldAcousticHolography,NAH)技术获得源面的声场，然后根据自由场中远场与源面的格林函数，预测声源的远场声场。此过程中经历了两次声场预测，易产生误差且将误差进一步放大，影响测量计算结果的准确性。并且，源面的几何精度是近场声全息的重要因素，近场声全息首先需要准确的源面几何信息，其次当声源结构间存在互相遮挡时，源面与全息面的声场格林函数复杂，尤其对于非凸几何体声源，涉及到复杂的多位散射问题。在面对大尺寸声源类非自由声场时，近场声全息的应用更加贴近工程实际，但又带来了如何在非自由场中分离声场从而模拟出目标声源的自由场的问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的在提供一种无需源面的几何信息、无需对源面声场进行预测、适用于非自由场且通过单次预测得出空间内声源的辐射声场的基于近场变换的空间辐射声场获取方法。技术方案：本专利技术所述的一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其包括以下步骤：a)在空间中待测点M放置声源，于空间V0上得到声场分布pM9x0,y0,z0)；b)在空间V0近场位置设置收发合置换能器阵L，L在权系数函数q9xL,yL,zL)作用下发生声波，于空间V0得到声场分布为pL9x0,y0,z0)；c)调整权系函数q9xL,yL,zL)，使d)将任意声源放入空间V0，以权系函数q(xL,yL,zL)对收发合置换能器L接收到的信号加权，得到声源在M的辐射声场。进一步的，步骤a中放置的声源为无指向性声源。所述步骤a中待测点M为空间内任一点，适用于空间任意点声源测量计算且不受声源外形所影响。所述步骤b中收发合置换能器阵L垂直于水平方向设置。所述收发合置换能器阵L包括至少一个收发合置换能器，在垂直方向均匀分布。所述步骤c中调整权系函数后得到的声场pL(x0,y0,z0)与声源激发处声场pM9x0,y0,z0)一致。所述步骤d中得到的辐射声场为辐射声通过观测空间后继续传播的声场。所述步骤d中得到的辐射声场，进行旋转可得到声源的指向性。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：本专利技术可应用于空间任意点声源的测量计算，不受声源的材质和所处运动状态影响，无需声源外形的几何信息；不对源面声场进行预测，避免了两次预测带来的误差；可应用于非自由场条件，克服了从非自由场中分离声场的难题；预测主体为通过观测空间后继续传播的声场而非源面的声场，不存在数学上的不适应情况。附图说明图1为本专利技术所述基于近场变换的空间辐射声场获取方法流程图；图2为空间V0、收发合置换能器阵L和待测点M的布放示意图；图3为收发合置换能器阵L在权系数q(xL,yL,zL)作用下激发的声场pL(x0,y0,z0)；图4为图3声场的相位图；图5为pL(x0,y0,z0)和pM(x0,y0,z0)的误差图；图6为V0中产生的声源；图7为声源的理论指向性图；图8为通过本专利技术方法得到的声源指向性图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1所示，本专利技术所述基于近场变换的空间辐射声场获取方法，首先，对空间中的待测点M处放置的无指向性声源，于空间V0上得到声场分布pM(x0,y0,z0)；其次，在空间V0近场位置设置收发合置换能器阵L，L在权系数函数q(xL,yL,zL)作用下发生声波，于空间V0得到声场分布为pL(x0,y0,z0)；然后，调整权系函数q(xL,yL,zL)，使pL(x0,y0,z0)＝pM(x0,y0,z0),且最后，将任意待测声源放入空间V0，以权系函数q(xL,yL,zL)对收发合置换能器L接收到的声辐射信号加权，即可得到得到声源在M的辐射声场，完成预测。如图2所示，声源所在待测点M为空间任一点(xm,ym,zm)，所用声源为无指向性声源；收发合置换能器阵L位于空间V0靠近声源侧，垂直于水平方向设置。以声源的辐射声获取为对象，应用本专利技术所述获取方法一实施例的实施过程如下：(1)在浅海环境中设置由20个收发合置换能器组成的收发合置换能器阵L，位于声场水平0m位置，收发合置换能器在垂直方向上均匀分布；(2)阵L在权系函数q(xL,yL,zL)作用下激发的声场pL(x0,y0,z0)，所得到的的声场辐射图如图3所示，其中中间平坦区域为空间V0；图4所示是图3的相位分布，可以发现空间V0区域的等相位面为平面；(3)调整权系函数q(xL,yL,zL)，使空间V0中接收的，收发合置换能器阵L激发的声场与自由场无指向性点源(位于坐标(-0.1m，7.5m)处)激发的声场一致，误差如图5所示；(4)此时的权系数为q＝0.0232+0.1170i，-0.0132+0.0566i，0.1508-0.1468i，0.0686+0.1118i，-0.0949+0.0428i，0.1827-0.0027i，0.1490+0.2937i，-0.0412+0.2409i，-0.0696+0.2323i，0.1504+0.5405i，0.1419+0.5167i，-0.0625+0.1920i，0.0071+0.1853i，0.1658+0.2531i，0.1705-0.0011i，-0.0848+0.0333i，0.0489+0.0925i，0.1509-0.0907i，-0.0153+0.0480i，-0.0253+0.1250i；(5)将声源放入空间V0中，得到其辐射声场如图6所示；(6)以步骤4中权系数处理正收发合置换能器的接收到的信号，得到声源在坐标点(-0.1m，7.5m)的声场；(7)旋转声源，通过不同方向上的结果得到声源的指向性，如图8所示，与图7中理论结果基本一致，证明了本专利技术方法所得预测结果的高准确性和可靠性。假设M处激发的声场pM的传播方向是(a，b)，则测量结果为声源在(-a，-b)方向上的结果。进一步，调整(a，b)可以得到不同方向上的结果，得到声源的指向性。结合上述实施例，进一步佐证了本专利技术对空间任意点声源测量计算时，不受声源的材质、运动状态影响且不需要声源的几何外形信息；可直接对声场进行预测，不经历对源面声场的预测，降低了误差，准确度高的优点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，包括以下步骤：/na)在空间中待测点M放置声源，于空间V

【技术特征摘要】
1.一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)在空间中待测点M放置声源，于空间V0上得到声场分布pM(M0，y0，z0)；
b)在空间V0近场位置设置收发合置换能器阵L，L在权系数函数q(xL，yL，zL)作用下发生声波，于空间V0得到声场分布为pL(x0，y0，z0)；
c)调整权系函数q(xL，yL，zL)，使



d)将任意声源放入空间V0，以权系函数q(xL，yL，zL)对收发合置换能器L接收到的信号加权，得到声源在M的辐射声场。


2.根据权利要求1所述的基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，所述步骤a中放置的声源为无指向性声源。


3.根据权利要求1所述的基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，所述步骤a中待测点M为空间内任一点。


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【专利技术属性】
技术研发人员：何呈，芮超群，靳宇航，仲嘉维，杨宇，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32