矢量阵测量统计最优近场声全息的运动声源识别方法与实验研究

为了有效解决水下大型结构或大型声源的近场声全息(NAH)测试与噪声源识别问题,研究了基于矢量阵测量的近场声全息的运动声源识别理论.在统计最优平面NAH理论基础上,建立了基于声压-振速测量的运动声源识别方法,并通过水池实验研究证明该识别方法能对水下运动声源进行准确识别.该方法可应用于水下大型结构或大型声源NAH的连续扫描测试,有效地解决传统测量方式的测量工作量大、测试时间长等问题.     

水中柱面宽带近场声全息技术的实现

基于声强测量的宽带声全息技术(BAHIM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项新技术,它由全息面上互相垂直的2个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理.针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,推导了全息重构公式在有限空间范围上的离散算法,对算法实现和滤波等关键技术进行了研究,并利用所编制的程序进行了仿真验证.该文的研究为BAHIM技术应用于在水中柱体辐射声场的重建噪声源识别和定位提供了方便.     

快速Fourier源强模拟技术在Patch近场声全息中的应用

近场外推是小全息孔径近场声全息(Patch NAH)的关键步骤,为进一步提高外推精度和计算效率,提出一种新的基于快速Fourier变换算法的源强模拟技术,并将其应用于Patch近场声全息的近场外推问题.首先将虚拟源连续分布在一矩形面上,并将虚拟源强密度函数进行双向Fourier级数展开,得到具有快速Fourier变换(FFT)形式的声压表达式,这样可以利用二维FFT算法加速计算,然后根据小全息面上声压数据求出源强展开系数,从而利用声压表达式实现近场外推.由于采用连续分布的虚拟源和二维FFT加速技术,本文的外推方法具有实施简单,外推精度高,计算速度快的特点.数值算例验证了该方法的正确性和有效性.     

多波束声呐基阵一体化自校准方法

为了保证多波束测深系统的探测精度,在系统组装前需要对多阵元接收换能器基阵进行指向性测量和目标方位波束响应校准。针对常规方法中图像散焦问题存在的不足,本文提出了一种多波束声呐基阵一体化自校准方法,将换能器基阵和信号调理采集电路一体化测量,利用目标方位波束响应输出测量换能器基阵波束指向性。推导了阵元间距误差对测深结果产生的影响,采用聚焦波束形成技术,在小尺寸水池条件下开展校准实验研究。通过在水池中预先获得的方位波束角误差曲线,对多波束测深声呐外场实验数据进行了归位补偿,实现了多波束声呐基阵一体化自校准。实验结果表明:该方法能够保障多波束声呐的有效覆盖范围,具有较强的实用性和重要的工程应用价值与推广价值。     

宽带波束形成中近场补偿的实验研究

当信号源位于基阵的近场区域内时,采用近场补偿可以降低由远场假设设计波束形成器带来的性能损失。文中对用于远程电信会议系统中的近场补偿方法进行了误差分析,并将其应用于水下声纳基阵系统中。误差分析表明,对于大阵元数的阵采用近场补偿能够得到高精度的期望响应。结合32元均匀线列阵的湖上实验研究了近场对宽带波束形成器性能的影响,以及近场补偿方法对宽带波束性能的改善效果。结果表明,对测量数据进行近场补偿能够克服由近场影响引起的宽带波束的畸变,得到期望的宽带波束性能。由于近场补偿的简单可行性,文中的研究有助于推动近场补偿方法在实际声纳系统中的应用,为水下基阵选择近场宽带波束形成方法提供一定的依据。     

新型组合近场声全息技术

近场声全息技术是一种有效的声场可视化技术,当场点声压测量数较少时,该技术重建复杂声场存在重建精度不高的问题.针对此问题,本文提出了一种新型组合近场声全息技术,通过统计最优近场声全息实现全息面声压的数据外推,外推后的声压作为声场重建的输入,采用边界元法和压缩感知相结合技术,重建较少场点条件下复杂声场.针对矩形板开展了仿真...     

圆柱阵声透明性研究

为了分析具有较高空间透明性的圆柱型声基阵是否具有较好的声透明性,建立了圆柱阵阵元间一次散射的模型,对圆柱阵上的单路阵元所接收到的声场总声压的特性进行了理论推导和分析,总声压包含声场中的直达波和来自各路阵元的散射波.理论仿真结果表明:空间透明圆柱阵的声透明性具有明显的局限性,特别是阵元接收声压的幅值在水平面内起伏明显,并且这种起伏的程度在很低的频段依然比较严重.湖试数据和理论分析结果吻合较好,证明理论分析模型和方法的准确性.该分析方法对于研究其他空间基阵的声透明性具有借鉴意义,研究结果证实了在对基阵进行高增益信号处理时,测量基阵阵列流形并进行补偿修正是十分必要的.     

近场声全息线阵传声器“扫描”测量方法及其误差研究

研究了近场平面声全息“扫描”测量实验方法、重构中窗函数、K空间滤波器对全息重构的影响．对单个音响做了三个平行面的全息“扫描”测量,然后用中间面的测量声压来全息重构其它两个面的声压,并与实际测量值进行比较,验证了声全息“扫描”测量的可靠性与全息重构的正确性．     

体积噪声矢量场空间相关特性研究的一种方法

确定噪声场的相干结构对分析矢量水听器阵信噪比增益非常重要.建立了一个三维的噪声源在球面上均匀分布的各向同性噪声模型,研究了噪声场中声压与质点振速3个正交分量的自相关和互相关特性,推导得到了窄带噪声场空间相关系数的解析表达式以及单矢量水听器接收噪声的协方差矩阵.基于三维噪声场的空间相关函数,讨论了矢量水听器线阵的某些应用及其输出信噪比增益.数值算例表明,该三维噪声场空间相关特性模型可方便地应用于任意形状的基阵在任意姿态下的信噪比输出的获取.     

基于多球域波叠加法的Patch近场声全息

为解决平面声全息技术中全息数据外推问题,提出了基于多球域波叠加法的Patch近场声全息数据的外推算法.该方法首先将虚源面上分布的未知源强和积分核函数沿周向和子午线方向采用指数形式的Fourier级数进行展开,导出了多虚拟球域外场辐射声压的二维快速Fourier变换(2D-FFT)的表达式,然后根据小全息面上的声压数据求出虚拟源强的展开系数,再利用声压表达式实现全息数据的近场外推.通过与解析解的结果比较表明,本文方法具有较高的计算精度.     

基于声场空间变换方法的轿车加速行驶车外噪声预测

采用近场声全息和声场空间变换方法对轿车车外噪声进行了预测。阐述了声场空间变换的基本原理,构建了近场声全息测量系统,并对声全息测量系统的误差进行了校准。在试验工况为2档、55km/h匀速行驶条件下,在消声室内转鼓试验台上对轿车左右两侧近场声全息数据进行了测试。根据声场空间变换的基本理论,编制了声场空间变换的计算程序,对被试轿车左右两侧变换面的声场进行了重建。根据车外噪声测试标准GB1495—2002中的测量位置对车外噪声进行了预测,并与车外噪声试验结果进行了对比。对比结果表明:左右两侧误差均在1.0dB(A)以内,而相对误差均小于5%,满足工程精度要求。     

近场声全息方法研究目标散射场

将ＮＡＩ方法应用散射问题研究，由散射体近场全息图面上的复声压数据重建模射体表面的散射场，并进一步预报远场攻射声指向性，对于平面波入射下刚硬球的散射情况作了数值模拟，模拟结果与理论计算吻合较好，显示了ＮＡＨ方法应用于目标表面散射特性和远场声场特性的研究的可行性。     

声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法

和阵元域处理相比，波束域处理具有计算量小，分辨信噪比门限低的优点．同时，声矢量传感器拾取了更多的声场信息，联合处理这些信息可以提高声呐的性能．把声压阵的波束域高分辨算法的思想和相干子空间方法(CSM)的思想引入到声矢量阵列信号处理，在Michael Zoltowsk提出的矢量阵的数学模型的基础上推导出了声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法，并作了计算机仿真研究，仿真的结果表明：基于矢量阵的波束域宽带聚焦MUSIC、算法无论是在分辨信噪比门限还是在角度分辨能力上都要优于声压阵波束域宽带聚焦MUSIC算法，而二者的计算量相当，和矢量阵阵元域宽带聚焦MUSIC算法相比，矢量阵波束域处理的计算量要远远小于阵元域处理。     

基于近场声全息的车内噪声贡献量

在声场的声源信息未知的情况下,基于近场声全息技术提出了一种对汽车车内声场进行声源识别、声场预测及声学贡献分析的方法。因为汽车车内噪声等不满足自由声场的情况,分析了存在反射情况的声场预测方法。最后,通过算例对反射声场中声源识别、声场重建及声学贡献进行了研究,取得了满意的结果。研究表明,将近场声全息技术用于声贡献量分析相对于传统方法有明显优势。     

声学CT储粮温度监测收发器阵列设计

针对声波收发器阵列设计的合理性直接影响声学CT系统的测量实时性及温度场重建精度等问题,提出了声学CT储粮温度监测收发器阵列设计方法.该方法对围绕圆筒形仓布置的声波收发器数量、布局和有效声波路径选择等参数进行了计算机仿真设计.三种典型的三维模型温度场重建结果表明,有效声波传播路径选择、收发器布置的层数、每层布置收发器的个数都会对模型温度场重建质量产生较大影响.通过对声波收发器阵列的仿真设计,可优化收发器阵列各参数,提高声学CT系统的性能和温度场重建精度.     

Research on Patch Near-field Acoustic Holography Based on HELS Algorithm

A Patch NAH method based on HELS （helmhohz equation least-squares） algorithm is proposed for the measurement requirement of underwater large structures. This method chooses HELS algorithm to approximate the sound field completely, and calculates the sound field data outside the measurement region to enlarge the measurement aperture. It can reconstruct the sound field by the measurement data and the extrapolation data, through the reconstruction result it can be researched for the minimum measurement surface and the range of the extrapolation data in application. The paper analyzes the effect from the different measurement surfaces and different extrapolation ranges to the extrapolation data by simulations, and compares these reconstructed results with the conventional algorithm results. The simulation results indicate that the method can simplify the holographic measuring system, save the cost of the project and improve the accuracy of the sound field reconstruction, which can be effectively used for measuring and analyzing the underwater large structures.     

汽车车外噪声分析预测的声场空间变换方法

以某载货汽车为研究对象,利用近场声全息和声场空间变换方法对其车外噪声进行了分析预测。建立了近场声全息测量系统,开发了声场空间变换分析软件,对被试汽车进行了车外噪声源的测试与分析。对汽车远场噪声特性和车外最大加速噪声进行了分析、预测,通过试验验证了远场噪声预测结果的有效性。并对用声场空间变换方法预测汽车加速行驶车外最大加速噪声产生误差的原因进行了分析。结果表明,在获得近场全息面上噪声测量数据的基础上,利用声场空间变换方法可对远场任意重建面的声场分布特性进行预测,并对形成该平面声场的主要噪声源进行识别,还可以对汽车加速行驶时的车外最大加速噪声进行近似预测。     

Nearfield acoustic holography based on the equivalent source method

After the development of the NAH in the past twenty years, it has become an impor-tant tool for identifying noise source and visualizing acoustic field. The core of the NAH is the spatial transform algorithm. Since the 2-D spatial FFT method is used to realize the NAH by Williams in 1980[1], several different improved methods on the basis of the 2-D spatial FFT, such as the K-space filter method, Wiener filter method, iterative algo-rithm method and the statistically optimized NAH (S…     

被动式渔探仪的信号检测与方位估计

为了降低渔探仪成本、简化设备、提高作用距离,将被动式声纳技术应用于渔探仪系统.采用被动式声纳原理,利用矢量水听器接收声场中质点的声压和振速信息,对声压和振速进行联合处理,从而对信号的声能流值进行最大似然比检测,在最大似然比检测的基础上对声源的方位角进行估计,获得方位角的最大似然估计值.实验结果表明:声能流检测器能有效地抑制各向同性的噪声,提高增益,方位估计能进行目标定位,定位误差小,效果良好.利用被动式声纳技术及采用新型传感器(矢量水听器)技术,使得构造一个具有全新概念的被动式渔探仪成为可能.