一种分析循环平稳声场的近场声全息方法

提出循环平稳近场声全息技术,克服了以往近场声全息技术在分析循环平稳声场时的局限性.以往近场声全息技术将此类声场信号处理为平稳信号,抹杀了其统计参数随时间周期变化的非平稳特性,导致其全息图无法有效地表现声源特性.本技术以谱相关密度函数取代声压谱成分作为重建物理量.由于谱相关密度函数可以提取出循环平稳信号的二阶时变统计量的周期特性,并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.实验研究表明,本技术可以更准确地提取循环平稳声场的信息.     

有关循环平稳近场声全息的重建参数的若干确定准则

与普通近场声全息理论相比,循环平稳近场声全息理论可以更好地用于分析循环平稳声场.讨论了循环平稳近场声全息的重建参数的若干确定准则,包括:全息面孔径,相邻测点间距及全息面与声源间的距离等.仿真表明,在这些准则的指导下,可以确定合理的重建参数,提高循环平稳近场声全息理论的重建精度,提高其工程实用价值.     

基于循环统计量分析方法的我国干线轨道谱研究

轮轨相互作用产生的振动信号，二阶统计特性呈现周期性，是循环平稳信号，本文利用循环平稳统计理论，分析了二阶统计量循环自相关函数和循环谱密度的特性，将其应用于轨道谱特性的研究，并与传统的方法进行比较，显示其在轨道谱数据处理中的优越性。     

基于循环统计量分析方法的我国干线轨道谱研究

轮轨相互作用产生的振动信号 ,二阶统计特性呈现周期性 ,是循环平稳信号。本文利用循环平稳统计理论 ,分析了二阶统计量循环自相关函数和循环谱密度的特性 ,将其应用于轨道谱特性的研究 ,并与传统方法进行比较 ,显示其在轨道谱数据处理中的优越性。     

基于改进统计最优近场声全息的空间多种声源声场重建

为获取空间多种声源声场信息,传统统计最优近场声全息需要较多高阶项数的波函数来重建声场,而随着波函数阶数的提高,该方法对误差的放大作用也越大;此外传统方法都采用与声源共形的全息测量面,限制了其应用范围。提出了一种基于平面测量的改进统计最优近场声全息方法,可在波函数阶数较低的情况下提高重建精度。首先通过分析空间多种声源的特点选取合适的波函数组合,然后用该组合求出声场传递矩阵,最后重建出目标声源声场。通过数值仿真验证了该方法的有效性和适用性。结果表明:该方法能够有效地降低重建所需波函数阶数,抑制高阶波数对误差的放大作用从而提高重建精度,即使全息面与声源不共形,也能准确地重建出目标声源声场。     

柱面统计最优近场声全息参数对比研究

考虑到近场噪声检测对水下航行器诊断、降噪具有重要意义,利用矢量声波信号指向性强、抗干扰能力优秀,能有效屏蔽工作环境中物体反射与其他方向干扰声源的特点,提出一种基于振速矢量信息进行柱面统计最优近场声全息的算法.通过仿真分析与实验对比,分别从声源频率与重构距离这两个参数变化对比该算法与标量声压算法的重构精度与声场效果,验证...     

基于支持向量回归外推的统计最优近场声全息研究

通过数值仿真方法,研究统计最优近场声全息中全息面孔径大小对重建精度影响。结果表明当全息面孔径大于重建面孔径2个采样间隔便能获得较高的重建精度,再继续增大全息面孔径也可以提高重建精度,但是趋势变缓。在此基础上,进一步提出了一种利用支持向量回归对全息面孔径进行外推的方法,在不增加测量孔径的前提下,可以通过数据外推增大全息面孔径,提高重建精度。对方形简支钢板辐射声场的仿真结果,验证了方法的有效性。     

调制声源的统计最优近场声全息技术研究

常规近场声全息技术分析调制声源产生的声场得到的结果无法正确识别和分析声源的调制成分。本文展开了调制声源的统计最优近场声全息分析,具体方法为先通过Hilbert变换解调调制声场的声压信号,提取出调制成分,然后再对调制成分进行统计最优近场声全息分析重建调制声源。通过扬声器实验和空压机调制声源识别实验证明了该方法在工程应用上的有效性。     

统计最优球面近场声全息在噪声源识别中的应用

提出了统计最优球面近场声全息理论,它通过空间域中全息球面上复声压的线性叠加来计算重建球面上的复声压和微粒振速,并且运用波场的叠加原理来获得线性叠加的系数矩阵.数值仿真的结果证明了统计最优球面近场声全息在球形声源定位中的有效性、可行性和优越性.     

基于近场声全息振速重构的3种滤波方法比较

针对近场声全息反向重构时边缘误差造成的检测精度低的问题,开展基于振速反向重构的近场声全息滤波方法对比研究。以一个高为11.5 cm、半径为4.2 cm的圆柱形发射换能器为研究对象,通过数值仿真分析和实验测量对比二维Harris滤波窗函数、改进后的二维Harris滤波窗函数和WZ滤波窗函数对边缘误差的抑制效果和反向重构声场幅值的误差大小。结果表明,3种滤波窗函数都可以在较短的反向重构距离范围内有效降低边缘误差,利用Harris滤波窗函数进行滤波在反向重构声场的幅值方面误差最小,但边缘误差抑制效果最差;WZ滤波窗函数对反向重构距离的适用性最好,在更大的反向重构距离时,其对边缘误差的抑制效果更好,反向重构误差更小。     

近场声全息(NAH)中减少测量点数的研究

近场声全息（NAH）是一种进行噪声源分析的有效工具。但要获得较高的重建精度必须在全息面上大孔径范围内进行密集的数据采集,需要大量的测量点,测量任务十分繁重。因此在保证重建精度的前提下研究如何有效地减少全息面测量点数对NAH的意义十分重大。在总结前人工作的基础上,提出了一种利用支持向量回归对全息面进行插值的方法。该方法可以在全息面传声器数目较少时通过插值提高重建精度,因而可大幅地减少全息面的测量点数。对于两个矩形板声辐射数值计算中减少的测量点数都可高于70%,并得到了其它有意义的结论,达到了保证重建精度的前提下有效地减少全息面测量点数的研究目的。     

平面近场声全息中指数滤波器窗函数设计优化

对基于空间二维傅里叶变换法的平面近场声全息算法中指数滤波器窗函数的合理设置进行了分析和优化。根据优化效果给出一定声源频率条件下,指数滤波器窗函数参数合理设置的建议。同时研究了指数滤波器参数最优设置与声源频率之间的对应关系,并寻找出对应不同声源频率的指数滤波器参数的最优设置。结果表明：相比较窗函数陡度系数的取值变化,滤波器截止波数的取值变化对重建效果影响更加明显;当声源频率在100～1 500 Hz之间变化时,随着声源频率的增加,指数滤波器窗函数的陡度系数的最优值逐渐减小,滤波器截止波数的最优值逐渐增大。     

近场声全息重建振模的动态三维显示

本文简要介绍基于相位参量插值法并利用计算机软件功能，这场声全息建出的单帧，静态的振动模式转变为动态三维显示的原理与技术，并给出对模拟编及圆盘振模的显示结果，表明其具有对复杂振动进行细致观察研究的独特优点。     

统计最优柱面近场声全息识别声发射源研究

植物在受到病害胁迫时会发出声发射信号。通过声发射信号的采集,以统计最优柱面近场声全息技术为理论依据,进行植物的声源信号识别和声场分析。对单声源和多声源分别进行了仿真分析,通过不断修改全息柱面半径、重建柱面半径和测量点间距等参数,探索获得最佳重建效果的参数范围,同时探讨了窗函数对重建效果的影响。将基于统计最优算法的柱面近场声全息与基于空间傅里叶变换算法的柱面近场声全息进行了比较,仿真结果表明,单声源时基于空间傅里叶变换技术计算的重建面声压幅值相对误差均在10dB以下,而统计最优柱面声全息技术计算的重建面声压幅值相对误差均在15dB以下,多声源时基于空间傅里叶变换技术计算的重建面声压幅值相对误差基本在2dB左右,而统计最优柱面声全息技术计算的重建面声压幅值相对误差在26dB以下,充分表明了统计最优柱面声全息技术的优越性。     

传声器通道和位置失配误差对平面近场声全息的影响

在综合考虑偏度误差与随机误差的基础上,分析了传声器通道失配误差和位置失配误差对平面近场声全息（NAH）分析的影响,从实空间和波数域两方面对全息面和重建面上引起的统计误差进行了详细的理论推导,并以理想点源作为研究对象对理论结果进行了验证。理论推导与数值仿真均表明：在偏度误差和随机误差取值相当的条件下,在波数域内,它们在全息面及重建面上产生的统计误差的偏差都较小,且偏度误差引起的归一化偏差要大于随机误差引起的归一化偏差,但两者在全息面及重建面上产生的统计误差的方差大相径庭,偏度误差引起的归一化方差很小可以完全忽略不计,而随机误差引起的归一化方差在辐射圆外呈指数倍数放大,会对NAH的重建结果将会产生严重的影响,综合考虑后,随机误差比偏度误差对NAH重建精度的影响更大。     

基于矢量阵测量的局部近场全息技术研究

统计最优近场声全息技术是通过全息面上测量声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,可以从理论上克服基于傅氏变换的近场声全息技术的局限性。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,采用声压和质点振速测量来进行声全息计算,推导了基于振速测量的统计最优柱面近场声全息技术的重建公式。利用所编制的程序进行了仿真验证,最后设计矢量水听器进行水中全息实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明,该技术在水中柱形声源辐射声场的噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

Multifrequency near-field acoustic tomography and holography of 3D subbottom inhomogeneities

A method of coherent multifrequency acoustic tomography and holography of spatially localized subbottom inhomogeneities in shallow seas is proposed. This method is based on solving of the near-field inverse scattering problem that makes it possible to realize a subwavelength resolution. It involves the analysis of measurement data obtained by the 2D transversal scanning with the source-receiver system along the sea bottom, over the area of sounded inhomogeneities. The solution begins with the Born approximation, where the original 3D integral equation for the scattered field is reduced to the 1D Fredholm equation of the first kind relative to the depth profile of the lateral spectrum of inhomogeneities. When solving this integral equation for each pair of spectral components, the generalized discrepancy method is in use. Then, corrections to the Born approximation can be obtained in the proposed iterative procedure. For distributed inhomogeneities, the inverse Fourier transform of the retrieved spectrum gives their 3D distribution that can be visualized as tomography images. For solid targets, this spectrum is used to obtain their shape (i.e. to solve the problem of computer holography). Corresponding results of the numerical simulation are presented.     

基于压缩感知和快速波叠加谱方法的近场声全息

在等效源法近场声全息理论的基础上,将等效源强和积分核函数在轴对称虚拟面上进行双向傅里叶级数展开,使待求的源强向量转化为稀疏的傅里叶展开系数向量,并结合压缩感知重构算法中的基追踪降噪算法建立了一种基于压缩感知和快速波叠加谱的半解析、半数值等效源近场声全息方法.利用脉动球源与长条形声源对比了所提方法与传统压缩等效源法的声场...     

基于分布源边界点法的近场声全息实验研究

采用基于分布源边界点法的近场声全息技术对运转状态下的罗茨真空泵进行了噪声源识别和定位研究。实验采用13个声压传感器组成的传声器阵列和1个参考传声器测量全息面上的复声压信息，进而通过基于分布源边界点法的近场声全息技术和Tikhonov正则化方法重建获得声源的表面法向振速。重建结果表明：在测量信号中存在的2个低频噪声是支架在真空泵振动的激励作用下产生共振所致，而非真空泵本身所固有的噪声；而1533．2～1699．2Hz的宽带噪声则是真空泵端盖表面振动所产生，是真空泵所固有的噪声。同时，重建结果给出了各频率处噪声源的具体位置，为有效地进行真空泵的噪声控制提供了依据。