一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法技术

本发明专利技术公开了基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法，涉及近场声全息技术领域，克服了现有均匀采样的统计最优近场声全息方法误差大，成本高，精度低的问题。包括：步骤一：对全息面非均匀采样；步骤二：在所述步骤一采样的基础上进行波数域非均匀采样；步骤三：在所述步骤二采样的基础上配合L曲线法选取正则化参数，实现基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法。通过非均匀的采样方式设置全息面采样点及波数域的分布，与均匀采样的情况相比能够提高重建精度并减少测量的成本和时间，保证重建精度的同时有效减少测量点数目和矩阵维度，且采样方法简单易于设置，因此其更适用于实际工程的应用。工程的应用。工程的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法


[0001]本专利技术涉及近场声全息
，具体涉及一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法。

技术介绍

[0002]近场声全息作为一种噪声源识别和定位技术，具有很高的空间分辨率。在实际应用中为增强分辨率，需要减小测点间距。通常，小间距意味着采样点即传声器阵元数的增多。另外，近场声全息要求测量面的尺寸必须大于被测声源的尺寸，因此测量孔径通常较大。水下环境复杂多变，水下传声器阵元过多会产生误差，导致近场声全息的声源重建精度被影响以及测量成本过高。
[0003]统计最优近场声全息作为一种局部近场声全息技术，在水下的声源识别等方面得到了广泛关注，该技术不受声源尺寸的限制，克服了传统的声全息技术带来的卷绕误差以及窗效应。统计最优近场声全息的全息面可以采用不规则的方式来设置采样点。而当对全息面非均匀采样时，统计最优近场声全息波数矢量的选取与正则化参数密切相关。非均匀的方式采样不受采样频率的限制，能抗混叠，具有很高的分辨力，因此可以通过非均匀的采样方式设置全息面采样点及波数矢量，以提高重建精度并减少水下测量的成本和时间。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法，克服了现有均匀采样的统计最优近场声全息方法误差大，成本高，精度低的问题。
[0005]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0006]一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法，该方法包括如下步骤：<br/>[0007]步骤一：对全息面非均匀采样；
[0008]步骤二：在所述步骤一采样的基础上进行波数域非均匀采样；
[0009]步骤三：在所述步骤二采样的基础上配合L曲线法选取正则化参数，实现基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法。
[0010]优选的，所述步骤一中选取了幂函数y＝x2上的点作为全息面非均匀采样的间隔点。
[0011]优选的，所述步骤一包括如下步骤：
[0012]步骤A：给定一个初始值y＝0.01，设定幂函数y＝x2的函数值取值范围y∈[0.01，y
max
]，自变量取值范围为x∈[0.1，x
max
]；
[0013]步骤B：设自变量x等分为(N
‑
1)/2个，幂函数y＝x2的函数值所对应的是正半轴上的(N
‑
1)/2个采样点，同理负半轴上有(N
‑
1)/2个采样点，所述采样点和0点进行组合得到的N处采样点，即为对应的传声器位置。
[0014]优选的，所述步骤二中：从最低阶波数矢量开始按幂函数y＝x2增大采样间隔，最
终得到的离散波数矢量总阶数为M。
[0015]优选的，所述采样间隔包括所有的传播波和倏逝波。
[0016]优选的，所述步骤二包括如下步骤：
[0017]步骤1：对传播波和倏逝波统一采取幂函数y＝x2的采样间隔进行网格划分，对k
x
和k
y
进行离散选取；由于k
x
和k
y
的取值关于原点对称，区间[
‑
k
max
，k
max
]有2n
‑
1个采样点，所以在区间[0，k
max
]包含n个采样点，给定一初始值，确定幂函数y＝x2的函数值取值范围[π/Lx，k
max
]，对应的自变量取值范围为
[0018][0019]步骤2：将自变量取值范围进行n
‑
1等分，再通过幂函数y＝x2求出对应的波数矢量的采样值，得到正半轴上的n
‑
1个波数矢量，同理得到负半轴上的n
‑
1个波数矢量，最后将n
‑
1个负半轴采样值、0以及n
‑
1个正半轴采样值进行组合得到2n
‑
1个采样点；k
x
和k
y
方向均有2n
‑
1个采样点，最终获得M个网格点，即获得M＝(2n
‑
1)2阶波数矢量。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]统计最优近场声全息的重建精度受主要参数的影响。目前，对重建精度影响最大的三个参数分别为波数矢量、测量面采样点以及正则化参数。在多数的研究中全息测量面和波数矢量都是均匀采样的。而非均匀采样可以突破采样定理的限制，避免混叠效应，因此在全息面进行非均匀采样，将全息面均匀采样与非均匀采样时的重建结果进行对比，全息面非均匀采样具有更高的重建精度。
[0022]根据近场声全息原理，声场中的能量主要集中在主分析波数的附近。所以在选取波数矢量时，需要在主分析波数附近多选取一些波数矢量，而其它区域少选一些。这样选取可以有效地获取声场中的主要能量，在保证声场重建精度的同时，有效减低声场重建矩阵的维数，从而减少声场重建时间。由于倏逝波能量随传播距离指数衰减，为了实现对倏逝波成分进行采样时采样间隔随着波数的增加而增加，在较小波数附近多选取一些波数矢量，而在其他区域少选一些。
[0023]本专利技术提出了基于非均匀采样的近场声全息方法。通过非均匀的采样方式设置全息面采样点及波数域的分布，与均匀采样的情况相比能够提高重建精度并减少测量的成本和时间，保证重建精度的同时有效减少测量点数目和矩阵维度，且采样方法简单易于设置，因此其更适用于实际工程的应用。
附图说明
[0024]图1为本专利技术全息面非均匀采样间隔点示意图；
[0025]图2为实施例1全息面非均匀采样的重建声压示意图；
[0026]图3为实施例2不同频率下均匀采样和非均匀采样的重建误差对比示意图；
[0027]图4为实施例3不同频率下两种采样情况的重建误差对比示意图；
[0028]图5为实施例4全息面非均匀采样时不同波数域采样的重建误差对比示意图；
[0029]图6为实施例5全息面均匀采样波数域均匀采样重建声压绝对误差示意图；
[0030]图7为实施例5全息面均匀采样波数域非均匀采样重建声压绝对误差示意图；
[0031]图8为实施例5全息面非均匀采样波数域均匀采样重建声压绝对误差示意图；
[0032]图9为实施例5全息面非均匀采样波数域非均匀采样重建声压绝对误差示意图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0034]如图1所示，全息面非均匀采样示意图。一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法，该方法包括如下步骤：
[0035]步骤一：对全息面非均匀采样，在全息面非均匀采样的情况下选取了幂函数y＝x2作为采样间隔。将幂函数y＝x2给定一个初始值0.01m，设定幂函数y＝x2的函数值取值范围y∈[0.01，y
max
]，对应的自变量取值范围为x∈[0.1，x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：对全息面非均匀采样；步骤二：在所述步骤一采样的基础上进行波数域非均匀采样；步骤三：在所述步骤二采样的基础上配合L曲线法选取正则化参数，实现基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法。2.根据权利要求1所述的一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法，其特征在于，所述步骤一中选取了幂函数y＝x2上的点作为全息面非均匀采样的间隔点。3.根据权利要求2所述的一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法，其特征在于，所述步骤一包括如下步骤：步骤A：给定一个初始值y＝0.01，设定幂函数y＝x2的函数值取值范围y∈[0.01，y
max
]，自变量取值范围为x∈[0.1，x
max
]；步骤B：设自变量x等分为(N
‑
1)/2个，幂函数y＝x2的函数值所对应的是正半轴上的(N
‑
1)/2个采样点，同理负半轴上有(N
‑
1)/2个采样点，所述采样点和0点进行组合得到的N处采样点，即为对应的传声器位置。4.根据权利要求1所述的所述的一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法的制备方法，其特征在于，所述步骤二中：从最低阶波数矢量开始按幂函数y＝x2增大采样间隔，最终得到的离散波数矢量总阶数为M。5.根据权利要求4所述的一种基于非均匀采样的统计最优近场声全息方法，其特征在于，所述采样间隔包括所有的传播波和倏逝波。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡博，潘琳琳，李松，张揽月，莫世奇，王思源，赵思缘，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：