边界元法循环平稳近场声全息理论研究

循环平稳声场是工程中经常遇到的一种特殊非平稳声场,声压信号受到调制作用,导致频谱出现边带现象,经典的近场声全息技术重建得到的声场无法反映声场的调制特性.在平面循环平稳近场声全息基础上,提出一种边界元法的循环平稳近场声全息技术,用二阶循环统计量理论代替传统的傅里叶分析,并以声压的循环谱密度取代其频谱及功率谱密度作为重建量,可用于循环平稳声场中具有复杂表面声源的辐射声场.由于循环谱密度对循环平稳信号具有解调功能,用该方法重建得到的循环谱密度能有效地反映调制和载波信号的信息.仿真分析与实验表明了本理论的有效性和精度能满足工程要求.     

基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究

常规的近场声全息均是采用全息面声压或质点振速作为输入量求解,由于采用单一输入量无法分离来自全息面背向声波的干扰,因此要求所有声源均位于全息面的同一侧,即测量声场为自由声场,这种要求大大限制了近场声全息的实际应用.基于声压-速度测量的近场声全息以全息面上声压和质点振速同时作为输入量,通过建立和求解两侧声源在全息面上的声压和质点振速耦合关系,可以实现全息面两侧声波的分离,从而解决上述问题.文中在前期对声场分离技术研究的基础上,基于欧拉公式和有限差分近似,推导了新的基于声压-速度测量的平面近场声全息理论公式.随后通过实验检验了该方法在有背景源干扰情况下实现声场分离和重建的有效性.     

近场声全息成像方法的研究

本文对近场声全息成像方法的基本理论及特点做了简单介绍。针对声源重建问题的不适定性,提出一种新的空间频率域滤波方法——带约束条件的最小二乘法,改善了重建结果的稳定性。运用近场声全息成像的数字方法,对圆板的振动及其辐射声场进行了计算机模拟研究并验证了滤波处理的效果。本文还用自制的32阵元线阵扫描实验系统,对一个在空气中辐射400赫声波的小型扬声器的振动及声场进行了近场声全息成像研究,给出初步实验结果。     

统计最优平面近场声全息原理与声场分离技术

测量孔径尺寸的有限性，在基于空间傅里叶变换的平面近场声全息中会带来窗效应和卷绕误差. 为了克服窗效应和卷绕误差，引入了统计最优平面近场声全息技术. 运用声场叠加原理，证明了统计最优平面近场声全息的理论公式.通过在空间波数域限定kx,ky的取值范围，并离散其确定的空间波数面的途径，提出了一种确定波数矢量的方法.为了克服常规统计最优平面近场声全息技术的应用局限性——全息面一侧的声场必须为自由声场，提出了适用于统计最优平面近场声全息的、基于双全息面测量的空间声场分离技术. 通过实验和数值仿真对理论推导的正确性进行了验证. 关键词： 统计最优 平面近场声全息 波数矢量 声场分离     

基于统计最优和波叠加的联合局部近场声全息

提出了一种基于统计最优近场声全息和波叠加法的联合局部近场声全息技术。首先利用两次统计最优近场声全息的声源定位结果来指导配置等效源,其后利用波叠加法进行局部声场重构。该技术适合于中低频声场的局部重建,计算快速,重建精度高;可以在测量数据有缺失的情况下重建声场。进行了脉动球声源模型的数值仿真,并在半消声室内对电机噪声源进行了实验,仿真实验都准确地重构了声源所辐射的外部声场。该技术可以重建任意类球形声源辐射的声场。      

适用于循环平稳声场的基于波叠加法的近场声全息技术

在原有的平面循环平稳近场声全息基础上,提出一种基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术,可以对具有复杂表面的声源进行全息重建,重建的声源表面声压谱相关密度函数能反映出调制信号的信息.声源表面声压谱相关密度函数全息图形象地反映了调制信号在表面的强弱分布情况,可由此确定调制信号源的产生位置.仿真分析和实验验证表明,基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术可以更准确地反映循环平稳声场的调制特性.该方法继承了波叠加法的优点,无需计算边界奇异积分,计算效率高、精度好. 关键词： 近场声全息 循环平稳信号 波叠加     

适用于循环平稳声场的基于波叠加法的近场声全息技术

在原有的平面循环平稳近场声全息基础上，提出一种基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术，可以对具有复杂表面的声源进行全息重建，重建的声源表面声压谱相关密度函数能反映出调制信号的信息.声源表面声压谱相关密度函数全息图形象地反映了调制信号在表面的强弱分布情况，可由此确定调制信号源的产生位置.仿真分析和实验验证表明，基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术可以更准确地反映循环平稳声场的调制特性.该方法继承了波叠加法的优点，无需计算边界奇异积分，计算效率高、精度好.     

基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法

为了提高分布式结构声源的声场重建精度,本文提出了基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法.该方法首先利用声场叠加原理和结构振声传递特性,建立了结构声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系解析表达式,得到便于快速计算的振声传递矩阵,能够解决连续分布、相干结构噪声源的声传播模型精细化表征问题.然后利用振声传递矩阵作为传递算子进行声场重建,并与迭代加权算法相结合.通过将基于单元辐射叠加法的声场预报结果与解析法预报结果进行比较,验证了单元辐射叠加法具有较高的准确性.并将基于单元辐射叠加法的声场重建方法与传统等效源法近场声全息和迭代加权等效源法相比较,通过仿真分析与矩形板声场重建实验证明了基于单元辐射叠加法的声场重建方法能够改善结构声源的声场重建精度并增大近场声全息的有效测试距离范围.     

基于神经网络的近场声全息方法研究

研究了用于声源识别的近场声全息方法中的声场重建算法,针对一般声场重建算法速度慢、误差大的缺点,提出了基于RBF神经网络的声场重建算法。通过仿真证明:相比较于常用的利用菲涅尔变换推导的声全息重建算法,该重建算法具有重建误差小、速度快的优点,具有较好的可行性。     

循环平稳声场的声源定位研究

旋转机械产生的辐射声场具有循环平稳特性,传统的平面近场声全息技术无法准确反映其调制特性,往往在边频带上出现虚假的能量的分布. 采用循环谱密度取代功率谱密度作为重建物理量,则可准确提取循环平稳声场的调制和载波信息. 考虑到循环谱密度的计算量以及特征提取的准确性,提出了循环谱密度组合切片分析法,并分析了加性白噪声对重建的影响. 仿真分析及实验结果表明,此方法有较强的噪声抑制能力,全息重建的结果可准确反映声源的位置. 关键词： 循环平稳声场 近场声全息 噪声源定位     

调制声源的近场声全息分析

为了解决传统近场声全息技术在重建调制声源声场时无法显示出调制成分的问题,先通过Hilbert变换对调制信号的声场进行解调处理,将调制信号和载波信号分离开来,然后再对调制成分进行普通的重建分析,由此提出了基于Hilbert变换的调制声源近场声全息分析方法.文中的数值仿真与试验研究均表明此方法可以有效地完成调制声源的重建分...     

联合波叠加法的全息理论与实验研究

当空间声场中同时存在多个相干声源时，运用常规近场声全息方法无法重建每个相干声源表面的声学信息，当然也无法预测每个声源单独产生的空间声场，相干声场的全息重建与预测已成为全息技术推广应用过程中亟待解决的问题.在提出联合波叠加法并将其应用于空间声场变换的基础上，对其进行了实验研究.通过对实际相干声场的全息重建与预测，验证了常规波叠加法在相干声场重建中的局限性、联合波叠加法在相干声场全息重建与预测过程的可行性和准确性，还研究了Tikhonov正则化方法在抑制声学逆问题的非适定性中的有效性和滤波系数的选择原则的可行性，以提高全息重建与预测的精度. 关键词： 近场声全息 联合波叠加 相干声场 Tikhonov正则化     

基于声压-振速测量的单面声场分离技术

在近场声全息技术的基础上,研究了基于声压-质点振速测量的单面声场分离技术.分析了现有基于Fourier变换的单面声场分离技术中的奇异性问题,并应用波数域谱平均法提出了去除奇异性的修正声场分离公式.为改善分离效果,减小由于Fourier变换引起的卷绕误差等因素的影响,基于统计最优近场声全息提出了一种新的单面声场分离方法.通过仿真分析对各种单面声场分离方法做了比较,并用Microflown公司的声强探头做了基于声压-振速测量的单面声场分离实验研究,验证了提出的修正公式和基于统计最优单面声场分离方法的正确性和有效性. 关键词： 声场分离 近场声全息 统计最优 Fourier变换     

采用振速测量的改进统计最优近场声全息方法

针对常规统计最优近场声全息在空间多源声场重建过程中所需波函数项数多、重建精度不理想的问题,本文提出了一种基于振速测量的改进统计最优近场声全息算法。与常规算法不同,改进算法主要根据声源特点选取合适的波函数组合来计算声场传递矩阵。通过数值仿真初步验证了该方法的准确性和有效性,并与常规算法进行了详细的对比分析。仿真结果表明,改进算法重建精度高,随频率的变化相对误差波动较小,且随着频率的增大相对误差有逐渐减小的趋势;此外,不同的波函数组合,重建效果差异很大,当选取的波函数与声源共形且数量一致时重建效果最好。     

基于支持向量回归的patch近场声全息研究

为了解决patch近场声全息中全息数据外推问题,提出一种基于支持向量回归的一步式patch近场声全息技术。该方法首先把初始全息面上的数据当成训练样本进行学习,构造出回归函数,然后利用回归函数实现全息数据外推,最后基于统计最优近场声全息进行重建。数值仿真和实验研究的结果表明:在各个分析频率下,该方法都可以实现小孔径全息面的近场外推。从近场声全息重建结果看,即使初始全息数据受到噪声干扰,该方法也是一种有效的patch近场声全息技术。      

循环平稳声场近场声全息理论与实验研究

提出一种用于分析循环平稳声场的近场声全息技术。此类声场信号的调制现象非常严重,频谱上存在着明显的边频带,由于无法有效地分离调制和载波信息,以往近场声全息技术的全息图会在边频带处出现虚假的能量。本技术用二阶循环统计量理论代替传统的傅里叶分析,并以声压的谱相关密度函数取代其频谱及功率谱密度做为重建物理量。由于谱相关密度函数可以对循环平稳信号进行解调处理,使得该技术的全息图上不会因为边频带的存在出现虚假能量。仿真分析及实验研究表明,本技术可以更准确地提取循环平稳声场的调制和载波信息。     

空间声场全息重建的波叠加方法研究

提出了基于波叠加法的近场声场全息技术，并将其用于任意形状物体的声辐射分析.在声辐射计算问题中，边界元法是通过离散边界面上的声学和位置变量来实现，而波叠加方法则通过叠加辐射体内部若干个简单源产生的声场来完成.因而，基于波叠加法的声全息就不存在边界面上的参数插值和奇异积分等问题，而这些问题是基于边界元法的声全息所固有的.与基于边界元法的声全息相比较，基于波叠加法的声全息在原理上更易于理解，在计算机上更容易实现.实验结果表明：该种全息技术在重建声场时，具有令人满意的重建精度. 关键词： 声全息 逆问题 波叠加方法 正则化方法     

循环谱密度组合切片分析在近场声全息中的应用研究

为减小循环谱密度的计算量以及提高其特征提取的准确性,提出了组合切片法:取循环自相关切片的各峰值频率作循环频率分别计算循环谱密度切片,通过组合切片分析来确定声场信号的特征频率。然后采用循环谱密度取代功率谱密度作为平面近场声全息的重建物理量。实验结果表明,此方法可针对性的提取循环平稳声场的调制特性,全息重建的结果可准确反映噪声源的位置。      

基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法

提出一种基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法. 该方法在波叠加法的基础上,利用全息面声压信号求得布置在全息面附近的虚源面上的简单源源强,再根据求得的简单源源强实现对全息面声压的插值,进而利用插值后的全息面声压数据进行重建. 该方法可以提高近场声全息重建图像的空间分辨率,减少测量工作量,简化测量过程. 通过仿真对影响插值结果的参数进行了分析,给出了合理的选取范围;通过仿真和实验研究验证了该方法的有效性. 关键词： 波叠加法 近场声全息 空间分辨率     

基于波叠加法的patch近场声全息及其实验研究

提出了基于波叠加法的patch近场声全息技术(PNAH).该方法首先通过线性叠加在振动体内部“虚置”的若干不同强度的简单源产生的波场来拟合实际声场，实现近场外推，然后采用计算简便的FFT方法进行全息重建.该方法解决了现有PNAH技术近场外推过程中存在的外推精度和计算效率问题，具有外推精度高、计算速度快、实现方法简单等特点，更适用于工程计算.为了验证本方法的正确性与有效性，将其用于单点激励固支板的全息实验中，取得了令人满意的结果.