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.     

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。     

基于压缩感知的等效源近场声全息

压缩感知利用感知矩阵可从稀疏信号中高概率重建出原始信号.本文介绍一种压缩感知稀疏采样等效源近场声全息方法,对频率为1500 Hz的两个单极子声源和频率在500 Hz、1000 Hz、2000Hz时的六个单极子声源,通过采用21×21网格点(441个)及121个随机数据采样点,分别进行声场重建与声源识别仿真,并与传统等效源近场声全息方法进行比较.结果表明,121和441个采样点下的传统等效源法声场重建误差分别为26.79％和45.21％,而基于本文提出的压缩感知等效源法的声场重建误差仅为2.24％和0.92％,因而,具有更高的声场重建能力;在121个采样点下,压缩感知等效法声源识别图像分辨率优于传统等效源法,声源定位及识别精度高.     

系统参数对全息法识别噪声源的影响

通过由基尔霍夫边界条件推出的全息重建公式,介绍了近场声全息法进行噪声源识别的原理,并利用空间频域算法对声场进行重建,大大减少了重建过程的计算量,提高了全息重建的效率。同时,分析了计算及测试系统各主要参数对声源识别结果的影响,对重建公式进行了验证,并开发出相应的计算机测试分析软件。结果表明:对重建公式进行修正并根据实际情况充分考虑各参数的影响后,声全息法可对噪声源进行有效识别,为采取噪声控制措施提供可靠依据。     

声源作匀速圆周运动时的多普勒效应

依据多普勒效应和匀速圆周运动的特征,研究了观察者静止而声源作匀速圆周运动时的多普勒效应.分别在振动周期较大和振动周期较小的两种情况下,推导出声源作匀速圆周运动时的多普勒效应近似表达式.研究表明,声源作匀速圆周运动时的多普勒效应与声源和观察者的相对位置密切相关; 普通多普勒效应表达式仅仅是该情况下高频声波的近似结果.     

非共形面声全息采样数据信息量建模与测点优化

通过对比分析通信系统与非共形面声全息声源识别的各个环节的对应性,采用通信系统的信息论,建立了在有限测点和传声器精度条件下声场采样的多通道解耦高斯信道模型,利用信道传输率得到测点优化目标函数.针对目标函数全局极大值求解具有强非线性和常规解法容易陷入局部极值的特点,采用遗传算法进行目标函数极大值求解.通过实例优化提高了声源识别精度,结果表明,该优化方法可行,可靠.     

非惯性运动下声波的多普勒效应

由于惯性运动的苛刻条件,生活中没有绝对的惯性运动,更多的是非惯性运动; 因此,在生活中应用声波的多普勒效应时,须考虑声源和观察者运动的加速度.本文用时空结合的方法,描述出观察者或声源沿声波方向做匀变速直线运动的多普勒效应及其相应的表达式.结果表明,多普勒效应不仅与观察者相对声源的运动初速度有关,还与其相对加速度有关.     

基于单元辐射叠加法的水下矩形板声场重建

为解决等效源法在水下结构声源声场重建中存在的虚拟等效源配置位置难以确定、求逆过程中传递矩阵病态性过大的问题,本文提出了基于单元辐射叠加法的水下结构声源声场重建方法。该方法利用结构声源边界元法建模思想与声场波叠加原理,建立了声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系,得到可快速计算的振声传递函数,并利用该函数作为传递算子进行声场重建。通过对矩形板的声场重建仿真,验证了本文方法相比等效点源近场声全息具有更高的重建精度,且具有更大的有效全息距离。通过在不同阵元数、信噪比情况下的仿真分析,进一步证明了本文方法能够改善水下结构声源的声场重建精度。     

基于声源视角法的气动噪声计算研究

为提高气动噪声求解效率,Casalino提出了声源视角法,首先详细阐述了该方法,并列举其相比传统延迟时间法的优越之处。该方法主要是从声源视角重新建立延迟时间方程,此时无论声源运动形式是否复杂,都使延迟时间方程从超越方程变为代数方程,无需迭代即可直接求解,提高了声场程序的求解效率。其次新建立的延迟时间方程给求解声场的程序设计也带来很大便利,即无需预先存储大量时间步的流场数据,流场求解和声场求解在程序中可以同时进行。并且当接收点无论是静止、亚声速运动还是超声速运动,新建立的延迟时间方程的解均能给出明确的物理意义。最后以声源视角法为基础,通过编写声场求解程序并结合已有的流场求解程序求解圆柱绕流和后视镜绕流2个算例,进一步检验声源视角法的准确性和有效性,计算结果与实验结果吻合良好,表明了声源视角法准确、有效。     

基于波叠加近场声全息射线波函数的信息补偿

基于波叠加法的近场声全息技术因其在适应性和数值计算上的优势,近年来已经被广泛应用于声源识别、定位和声场分析.在基于波叠加法的近场声全息技术中,以射线波函数为波叠加法的积分核函数可有效改善系统矩阵的病态性,提高声场计算的数值稳定性.但由于射线波函数在低波数处的指向性过强,声场信息主要集中在射线波函数的主指向处,导致了其他...     

基于分频过零点探测的双耳声源定位

提出一种基于分频过零点探测的双耳声源定位的方法.为了估计ITD,通常方法是利用左右耳瞬间神经发放率的互相关运算求得.可是,这些方法由于涉及互相关运算需要高运算复杂性.而且在噪声多源环境下容易遭受ITD估计的不准确性.在提出的方法中,估计ITD值是通过在采样ITD直方图上加权SNR获得,其SNR估计值是由ITD采样的偏差计算出.因此该方法能提供声源方向的准确估计和噪声鲁棒性.为了证明该方法的有效性,在各种噪声环境下进行了声源定位仿真实验,其结果证实了声源方向估计的准确性和噪声鲁棒性,并且与通常的互相关法相比能够提供显著少的计算复杂性.     

声压梯度法对声源定向的理论和实验研究

应用双传声器探头CM－202和与之配套的传声器,自行设计了一个声探头支撑架,使之可以把声探头转动到空间笛卡儿坐标系的3个互相垂直的方向,并且它们的几何中心保持不变,这样就可以测量稳声场中一点的质点振动速度矢量的3个矢量的3个分量,由此就能对声源进行定向。应用这一套实验装置在半消声室对声源进行了定向研究,并探讨了随机噪声干扰误差对定向精度的影响。     

Modeling the Underwater Acoustic Field Excited by an Airborne Rapidly Moving Source Using Wavenumber Integration

It is complicated to model the acoustic field in stratified ocean for airborne aircraft,due to high speed of the source and air-to-water sound transmission.To our knowledge,there are very few papers in the open literature dealing with this complicated problem;but,in our opinion,they all require great amount of computation.We now propose a different method that requires much less computation.We improve the wavenumber integration method to model the received temporal signal for a moving source in stratified ocean and sum up in a concise form the core of our paper as follows:(A) Eq.(11) can be calculated by means of fast Chirp Z transform and the signals at all N time points are generated simultaneously;(B) direct numerical evaluation of the wavenumber integral in Eq.(4) produces large numerical errors;so it is necessary to shift the integration slightly below the real axis;(C) we compare the computation cost of direct calculation method with that of our fast calculation method;from the results presented in table 1,we can see that the fast calculation method consumes much less computation time,particularly for long duration signals;(D) for an airborne rapidly moving source,we compute the Doppler-shifted signals in shallow water and analyze their short-time Fourier transform;from Fig.1b,we can see that the received signals have multiple frequency components for a tonal source due to source motion and that each component corresponds to an arrival path.     

用A计权连续小波变换识别内燃机噪声源

为了适应内燃机噪声声源识别的需要,当用连续小波变换进行信号分析时,常对小波变换算法作适当的改进.依据连续小波变换的叠加性和尺度转换性质,提出了变换后小波系数的频率修正方法,即在修正小波变换时对信号中不同频率成分小波系数的不同衰减,使变换后小波系数的大小能够准确反映信号中不同频率成分的幅值特性,在此基础上提出了A计权连续小波变换算法,对频率修正后的小波系数进行A计权修正,使之更加适合实际工程中声源识别的需要.利用该方法对某发动机进行了噪声源识别,取得了良好的识别效果.     

基于声音位置指纹的室内声源定位方法

针对基于模型的声源定位方法在非结构化空间中应用所存在的模型依赖度高、定位精度低等问题,提出一种基于声音位置指纹的定位方法,通过将待定位点处的声源信号空间位置特征与定位数据库中信息进行比较从而完成声源定位.该定位方法包括2个阶段:离线采样阶段,捕获各定位参考点处声源信号并完成位置特征提取,据此特征和参考点位置信息构建定位数据库;在线定位阶段,通过提取待定位点处实时信号特征并和定位数据库中信息进行匹配完成定位.仿真实验结果表明:在麦克风数量较少、环境噪声干扰较大的情况下,该方法具有较小的声源位置估计偏差,定位效果可满足实际应用需求.     

三点阵次声源定位估算法

为了实现防震减灾,可以用震前次声波异常信号出现的时间和异常幅值预测发震时间和震级,有效率达到75%以上.地震预测有3个要素,震中位置是最重要的因素,不能准确地预测发震地点就不能实现防震减灾的目的.利用已建立的次声观测阵,提出了一种三点阵次声源定位估算法,该方法能对次声入射方位角、次声波传播速度以及次声源进行估算.通过一些实际震例对次声波进行了定位分析,结果表明估算方向与实际震中方向一致,说明本文提出的三点阵估算法是可行的.     

基于主动探测的移动机器人声源目标距离测定方法

针对移动机器人声源定位技术的研究大都只实现了对声源的定向,而无法获得准确的声源距离信息的问题,提出了通过移动机器人主动运动实现声源目标距离测定的方法,以及一种基于粒子群优化算法的最优探测点计算方法.通过仿真验证了该方法的可行性和有效性,并且在室内环境下进行测试.试验结果表明:移动机器人可以通过主动运动到达最优探测点,并且实现对声源目标距离的测定.