一种基于平面阵扫描的声场重建方法技术

本发明专利技术属于机械结构声辐射信号处理技术领域，公开了一种基于平面阵扫描的声场重建方法，利用小型平面阵在空间二维方向上步进扫描，获取不同位置扫描面阵的声压数据；通过在扫描面阵相邻区域实施交叠测量，计算相邻扫描面阵声压值之间由于非同时测量造成的相位偏移；通过对交叠位置处的声压幅值进行平均，将所有扫描面阵上的复声压数据组合到合成测量面上。利用合成测量面的声压值，结合基于傅里叶变换的近场声全息方法实现对空间声场的重建。本发明专利技术利用较少的测点完成较大范围内的声场测量与重建，所需的声传感器数目少，测量成本低，声场重建精度高，计算速度快，有效避免传统声场重建方法中的窗效应问题，实现合成测量面大小调制。面大小调制。面大小调制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于平面阵扫描的声场重建方法


[0001]本专利技术属于机械结构声辐射信号处理
，一种基于平面阵扫描的声场重建方法。

技术介绍

[0002]近场声全息(Nearfield Acoustic Holography，NAH)是一种高分辨率的声场重建方法，它利用声传感器阵列在声源附近收集声场信息，进而通过空间变换算法计算三维空间中的声压、声强及质点振动速度，同时也可以得到声源面上的声压和法向振速，从而能够实现声场的可视化和结构的振动分析，在噪声源识别定位、振动噪声控制和噪声监测领域有着广泛的应用。
[0003]大型水下航行器内部具有数目繁多的有源机械设备，会激励航行器壳体产生复杂的结构振动，同时不可避免地引发噪声辐射，不仅严重损害了机械结构的安全性能和健康寿命，也对环境产生了较大的噪声干扰，需要通过声场测量来进行噪声源识别定位，为振动噪声控制提供充分的理论依据和意见建议。传统的近场声全息方法在小型设备噪声源识别领域有着优异的性能，但是对于大型水下航行器而言，其测试条件比较严苛，需要在声场测量过程中满足测量面积不小于声源面大小，往往需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声场重建方法，其特征在于，所述声场重建方法包括：根据声源面和平面阵的大小，确定合成测量面大小和扫描路径；利用平面阵在空间二维方向上步进扫描，获得不同位置扫描面阵的时域声压数据，通过周期图法计算扫描面阵上测点的复声压幅值，并以扫描面阵中心位置的测点为参考，通过互谱法计算扫描面阵上测点的复声压相位；实施交叠测量，计算相邻扫描面阵声压值之间由于非同时测量造成的相位偏移，并将交叠测量和扫描测量的重合点声压值进行幅值平均；将所有扫描面阵上的复声压数据组合到合成测量面上，利用合成测量面的复声压值，结合基于傅里叶变换的近场声全息方法，实现空间声场的重建。2.如权利要求1所述的声场重建方法，其特征在于，所述声场重建方法包括以下步骤：步骤一，根据声源面大小，设计合成测量面不小于4倍声源面的面积，根据扫描面阵大小，设计合适的扫描路径和平面阵测量位置，根据目标声源频率，确定采样率和采样时间；步骤二，利用平面阵在空间二维方向上按照设计路径步进扫描，在不同时刻获得不同位置扫描面阵的时域声压数据；步骤三，通过周期图法计算单个扫描面阵上测点的复声压幅值，并以扫描面阵中心位置的测点为参考，通过互谱法计算扫描面阵上测点的复声压相位；步骤四，实施交叠测量，计算相邻扫描面阵声压值之间由于非同时测量造成的相位偏移，并将交叠测量和扫描测量的重合点声压值进行幅值平均；步骤五，将所有扫描面阵上的复声压数据组合到合成测量面上，利用合成测量面的复声压值，结合基于傅里叶变换的近场声全息方法实现空间声场重建。3.如权利要求2所述的声场重建方法，其特征在于，所述步骤一中的所设计的合成测量面由扫描面阵的二维无重叠排列形成，且不小于四倍声源的面积，扫描路径也据此制定；采样率不低于目标声源频率的10倍，采样时间为不小于1s。4.如权利要求2所述的声场重建方法，其特征在于，所述步骤三中的通过周期图法计算单个扫描面阵上测点的复声压幅值包括：式中，表示第i个扫描面阵上第m个测点时域声压数据的傅里叶变换，“*”表示复共轭，表示复声压值，N
t
为时域离散数据长度，ω为声波圆频率；选择扫描面阵中心位置的测点为参考点，通过互谱法计算扫描面阵上测点的复声压相位为：式中，表示扫描面阵参考点时域声压数据的傅里叶变换，arg(
·
)表示求复数辐角；利用平面阵在扫描面阵的相邻区域实施交叠测量，重复周期图法和互谱法得到交叠测量面阵测点的复声压幅值和相位式中j表示交叠测量面阵的编号；
根据扫描测量和交叠测量重合点的相位值，得到扫描面阵和交叠面阵重合点复声压值之间的平均相位差：式中，表示多个重合点相位差的平均值，i和j'对应的扫描面阵和交叠面阵存在重合，m...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志敏，张旭昕，楼京俊，卢锦芳，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：