基于多阵列数据融合的宽带多声源定位研究

研究多个传声器阵列数据融合和宽带多声源近场定位算法。该算法首先融合多个传声器阵列数据,然后对多声源进行定位。由于充分利用多个阵列的数据,降低了分辨门限,提高了定位的精度和稳健性。通过仿真计算,证明了算法的有效性。     

非自由声场中目标声场还原与重建的等效源方法

为消除在非自由声场中重建声场时干扰声源对重建效果的影响,提出一种采用单个测量面上的声压和质点振速作为输入、等效源法作为分离和重建算法的非自由声场中目标声场还原与重建方法。该方法首先利用单面声压-质点振速测量和基于等效源法的声场分离技术将测量的混合声场分离为来自目标声源的向外传播的声场和来自干扰声源的向内传播的声场,然后利用向内传播的声场和目标声源的边界条件计算出干扰声在目标声源表面产生的散射声场,并将其从向外传播的声场中去除,还原出目标声源在自由声场条件下的辐射声场,最后利用还原的声场实现目标声场重建。通过数值仿真和实验检验了该方法的有效性和必要性。仿真和实验的结果表明,该方法可以在非自由声场的测量条件下,有效地去除干扰声的影响,实现目标声场的准确重建。      

传声器阵列对高频弱声源的声成像识别方法

研究了传声器阵列对高频弱声源的识别定位方法。该方法根据高频声源的指向性和阵列探测特性等特点,提出了利用信噪比加权方法提高有效阵元对声成像的贡献,根据信噪比的大小对每个阵元添加不同的权值,可以显著提高传声器阵列对高频弱声源的声像清晰度。仿真分析了阵元加权和不加权两种方法对阵列声成像结果的影响,以某型号笔记本电脑电路板噪声为对象进行的实验表明,在阵列测量中充分利用有效阵元信号可以实现对声压级低达10~20dB的微弱噪声源的精确测量。      

传声器阵列对高频弱声源的声成像识别方法

研究了传声器阵列对高频弱声源的识别定位方法。该方法根据高频声源的指向性和阵列探测特性等特点,提出了利用信噪比加权方法提高有效阵元对声成像的贡献,根据信噪比的大小对每个阵元添加不同的权值,可以显著提高传声器阵列对高频弱声源的声像清晰度。仿真分析了阵元加权和不加权两种方法对阵列声成像结果的影响,以某型号笔记本电脑电路板噪声为对象进行的实验表明,在阵列测量中充分利用有效阵元信号可以实现对声压级低达10~20 dB的微弱噪声源的精确测量。     

运动声源快速定位的声达时差法

针对声达时差法只能用于非运动声源定位的问题,本文提出一种运动声源快速定位方法。该方法以声达时差为基本定位原理,基于声源计算位置对多普勒效应进行解耦并进行声信号多普勒效应修正,根据三角定位方法构建声传播空间矩阵,以声源位置偏差度为目标基于单纯形优化搜索算法进行声源位置快速逼近,实现了对匀速直线运动的单声源的定位追踪,提高定位实时性。该方法将声达时差法拓展到运动声源的定位,同时解决了消除多普勒效应带来的计算过程复杂、运算量大的问题,仅用4个传声器就可实现运动声源的快速定位,突破了传统运动声源识别中对大传声器阵列的依赖。仿真实验和实车运动声源识别实验结果证明了该方法的有效性,本研究为短时发声运动声源的识别提供了一种简便、高效的方法。      

基于旁瓣级最小化的平面螺旋阵列设计的粒子群优化方法

基于粒子群优化算法,以最大旁瓣级最小化为代价函数,在阿基米德螺旋线上搜索最优平面螺旋阵列。数值仿真计算利用粒子群优化算法搜索得到旁瓣级最低的最优阵列,与其他阵型比较,并在半消声室对各种声源进行声场测量和声源定位实验,验证了粒子群优化方法进行阵型优化的有效性。     

单层传声器阵列信号空间重采样的声波分离方法

为了重构非自由声场中目标声源的声场响应,提出单层传声器阵列信号空间重采样的声波分离方法.以球面波函数为基函数,建立由系列球面波函数叠加表达的声场数学模型.基于近场声全息原理,利用单层传声器阵列面上空间重采样形成的两组声压测量信号,求解基函数系数,并重构出传声器阵列两侧声源各自的声场响应,实现声波分离.使用脉动球和振动球共同作用的非自由声场,检验了数学模型以及传声器信号信噪比、传声器阵列形状和面积、声源中心位置、频率等关键参数对声波分离精度的影响,并在全消声室内进行了实验验证.最后,对单层传声器阵列重采样的声波分离方法的实施给出了建议.     

阵元随机均匀分布球面阵列联合噪声源定位方法

基于球面传声器阵列的噪声源定位方法,设计加工了阵元随机均匀分布64元球面传声器阵列,研究了球面近场声全息和球谐函数模态展开聚焦波束形成联合噪声源定位识别方法,对算法的性能进行了仿真分析,并利用球面传声器阵列进行了噪声源的定位识别试验.研究表明,阵元随机均匀分布球面阵列具有全空间稳定的目标定位性能,球面近场声全息对低频近距离声源具有较高的定位精度,球谐函数模态展开聚焦波束形成对高频远距离声源具有较高的定位精度,将两种方法联合进行声源的定位识别,可以在较小孔径的球面阵列和较少阵元的条件下,在宽频带范围内获得对目标声源良好的定位性能.     

面向目标的定向声辐射技术及其应用研究

面向目标的定向声辐射是指利用声源特性和阵列信号处理技术,将声波传送至目标方向或区域的声场控制方法。本文介绍了定向声辐射技术的原理和进展,重点阐述了普通扬声器阵列和参量阵扬声器这两种声源形式的理论、算法和应用研究。其中,针对扬声器阵列,主要分析了基于声能量对比度控制的声聚焦技术;针对参量阵扬声器,综述了利用非线性效应产生高指向性可听声的计算方法、信号预处理和应用等进展。面向目标的定向声辐射技术的研究对实现智能声场控制有着重要意义。     

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.     

Acoustical wave propagator for time-domain flexural waves in thin plates

In this paper, an explicit acoustical wave propagator technique is introduced to describe the time-domain evolution of acoustical waves in two-dimensional plates. A combined scheme with Chebyshev polynomial expansion and fast Fourier transformation is used to implement the operation of the acoustical wave propagator. Through this operation, the initial wave packet at t = 0 is mapped into the wave packet at any instant t > 0. By comparison of the results of the exact analytical solution and the Euler numerical method, we find that this new Chebyshev-Fourier scheme is highly accurate and computationally effective in predicting the acoustical wave propagation in thin plates. This method offers an opportunity for future study of dynamic stress concentration and time-domain energy flow in coupled structures.     

Acoustical wave propagator

In this paper, an explicit acoustical wave propagator (AWP) is introduced to describe the time-domain evolution of acoustical waves. To implement its operation on an initial state of wave motion, the acoustical wave propagator is approximated as a Chebyshev polynomial expansion, which converges to machine accuracy. The spatial gradient in each polynomial term is evaluated by a Fourier transformation scheme. Analysis and numerical examples demonstrated that this Chebyshev-Fourier scheme is highly accurate and computational effective in predicting time-domain acoustical wave propagation and scattering.     

Dynamic stress concentration in a ribbed plate using the acoustical wave propagator technique

This paper presents an explicit acoustical wave propagator technique to investigate the flexural wave scattering and dynamic stress concentration in a ribbed plate based on Mindlin plate theory. A scheme combining Chebyshev polynomial expansion and fast Fourier transformation is introduced to implement the operation of the acoustical wave propagator. The exact analytical solutions are also presented to demonstrate the validity of the present technique. The wave propagation patterns are used to investigate the effect of rib on the flexural wave scattering and distribution of dynamic stress concentration. Dynamic stress concentration factors around the discontinuities are examined in detail.     

基于波束形成的多类型多声源定位研究

为实现空压机多噪声源的准确定位,仿真对比了多种近场球面波多声源定位算法。基于时域波束形成,研究了相同声源平面、不同声源频率、不同声源纵向距离、不同声源强度下多声源定位以及声源频率、声源纵向距离和声源强度多因素联合的多声源定位仿真方法,模拟了更接近实际的噪声源类型。基于频域波束形成,仿真研究了1400 Hz,2400 Hz,3400 Hz,4400 Hz的多声源。分别利用互功率谱波束形成和除自谱的互功率谱波束形成,仿真研究了相干声源和不相干声源。开发了阵列声成像测试平台,运用频域波束形成和功率谱波束形成对空压机进行了定位试验研究。结果表明,1400 Hz下空压机的主要噪声源是气缸盖、空气滤清器和曲轴附近的机体,这可为空压机减振降噪改进设计提供依据。     

Acoustical wave propagator for time-domain dynamic stress concentration in a plate with a sharp change of section

The acoustical wave propagator technique is applied to study the time-domain dynamic stress concentration in a two-dimensional flexible plate with a sharp change of section. As a wave packet approaches the plate discontinuity where the sharp change of thickness is introduced, the spatial interference patterns in the displacement of the plate and internal stresses vary with time. The constructive interference of stresses is referred to as time-domain stress concentration. The superposition of wave fronts of incident and reflected wave packets is used to explain the spatial distribution of the interference patterns. The increase of dynamic stress near the vicinity of the discontinuity boundary of the plate is studied as a function of time and the thickness ratio of the plates.     

Planar nearfield acoustical holography in moving fluid medium at subsonic and uniform velocity

Nearfield acoustical holography (NAH) data measured by using a microphone array attached to a high-speed aircraft or ground vehicle include significant airflow effects. For the purpose of processing the measured NAH data, an improved nearfield acoustical holography procedure is introduced that includes the effects of a fluid medium moving at a subsonic and uniform velocity. The convective wave equation along with the convective Euler's equation is used to develop the proposed NAH procedure. A mapping function between static and moving fluid medium cases is derived from the convective wave equation. Then, a conventional wave number filter designed for static fluid media is modified to be applicable to the moving fluid cases by applying the mapping function to the static wave number filter. In order to validate the proposed NAH procedure, a monopole simulation at the airflow speed of Mach=-0.6 is conducted. The reconstructed acoustic fields obtained by applying the proposed NAH procedure to the simulation data agree well with directly-calculated acoustic fields. Through an experiment with two loudspeakers performed in a wind tunnel operating at Mach=-0.12, it is shown that the proposed NAH procedure can be also used to reconstruct the sound fields radiated from the two loudspeakers.     

基于遗传算法的传声器阵列位置有源校正研究

传声器阵列的位置误差会导致高精度定位应用场景中算法性能下降,为解决这一问题,该文提出了一种二维平面传声器阵列位置参数的有源校正方法.在校正声源位置已知的情况下,利用各阵元间的到达时间差均方误差之和最小化作为优化目标设计代价函数,根据遗传算法搜索阵列真实位置的全局最优解,从而估计得到传声器阵列的准确位置信息.仿真与半消声...     

格林函数解卷积处理的阵不变量浅海无源定位

水下声源无源定位是声呐技术重要的研究方向.针对水下声源无源定位问题,本文提出了一种基于格林函数解卷积处理的阵不变量无源定位方法.该方法使用盲解卷积算法从水平阵接收信号中提取时域格林函数,然后采用空域解卷积方法处理得到的时域格林函数,获得波束时间偏移,从波束时间偏移中计算得到阵不变量,解算目标距离,从而实现声源定位.区别...     

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     

基于时间反转的复杂声场拾声传声器阵列性能研究

探讨时间反转技术在复杂声场传声器阵列拾声中应用的可行性及其机理,给出其一般规律和性能。研究表明:在自由空间中,其拾声性能与频率,阵列形状和半径有关,频率越高,半径越大,拾声效果越好。在普通房间中,在语音频段内,圆弧阵列在预定目标点处的阵列增益性能要比离预定目标点约25 cm远处的位置处大5 dB以上。在普通房间和混响室中的实验验证了上述结论。