正交球面波源的近场声全息射线波函数波叠加法

在基于传统波叠加法的近场声全息技术中,多采用辐射球面波的单极子作为等效源,易导致传递矩阵病态,利用射线波函数替换球面波函数可有效改善传递矩阵病态性。然而,以往的射线波函数法采用格林函数的方向导数作为波函数,其解析表达式复杂,计算效率低。此外,以往方法的波函数指向设置对节点分布方式要求较高,限制了其应用的灵活性。针对上述问题,采用（n,0）阶的球面波源重新构造了一系列射线波函数,该射线波函数可利用球 Hankel函数和 Legendre 多项式的递推形式方便地计算出其任意阶的表达式,大幅提高了效率。通过改进射线波函数的主指向设置,使其在实际使用中更加灵活,提出一种基于正交球面波源的射线波函数波叠加法。利用正四面体辐射体、两端带球帽的圆柱辐射体和简支矩形钢板声源 3 个数值仿真,对比验证了传统方法和所提方法在声场重建中的效果。仿真结果表明：在声场细节信息较为丰富的高频下,即便采用正则化方法求解,传统波叠加法由于传递矩阵病态严重,在 3 个仿真中均难以保证重建精度,误差为 20% 左右;而建立的射线波函数法则有效降低了传递矩阵的条件数,改善了系统病态性,获得了更高的重建精度,误差在 5%~10% 之间,说明了所提方法更具优越性。     

基于矩形单元波函数叠加法的平面近场声全息

波叠加法和等效源法都是平面近场声全息中的常用方法。传统波叠加法需要对所有单元计算数值积分,效率较低;等效源法直接将单元积分简化为单极子点源,计算效率获得提高,但其过度简化导致精度损失。针对以上问题,在基于波叠加法的平面近场声全息基础上,提出一种替代矩形单元积分的波函数叠加法。该方法将矩形单元的积分声场表示成Helmholtz方程球面波谱的波函数形式,并结合球面波谱的性质,将单元的远场球面波谱内推至近场,由此获得了与矩形单元积分声场等价的外部声场显式波函数解析表达式,有效避免了传统波叠加法的数值积分以及传统等效源法的过度简化。利用矩形简支板的近场声全息算例对比了所提方法、传统波叠加法以及传统等效源法的重建效果。结果表明：所提方法在全频段的声场重建精度均高于传统等效源法,在高频段的重建精度高于传统波叠加法,其计算效率显著高于传统波叠加法。     

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...     

耦合边界元法和等效源法的稳健CHIEF法

针对声学边界元法中解的非唯一性和奇异积分问题,基于组合亥姆霍兹积分方程公式(combined helmholtz integral equation formulation, CHIEF)法思想,将常规边界元方程和等效源方程进行联立,并利用两者方程系数矩阵间的耦合等价关系,间接替换计算常规边界元法中的奇异系数矩阵,进而提出一种具有全频域唯一解、高计算精度和高稳定性的耦合CHIEF法。该方法将等效源方程作为补充方程,不仅解决了传统CHIEF法内点补充方程失效的问题,而且矩阵的间接替换计算避免了直接计算奇异积分,显著提高了计算效率和精度。通过声辐射和声散射的典型算例对比了所提方法、常规边界元法、常规Burton-Miller法和等效源法的计算效果。结果表明,所提方法不仅在全波数域内均能获得唯一解,且其计算精度和效率均优于常规边界元法和常规Burton-Miller方法,其系数矩阵条件数远低于等效源法。     

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...     

基于波叠加法近场声全息的一种组合型射线波函数法EI北大核心CSCD

在传统基于波叠加法的近场声全息技术中,单极子等效源所辐射的球面形式波函数极易导致传递矩阵因强线性相关性而病态。利用指向性射线波函数替换球面波函数可使传递矩阵趋于主对角占优,有效提高重建稳定性。然而,以往的格林函数方向导数型射线波函数是一种指向性强度随着求导阶数离散变化的离散型射线波函数,无法得到针对不同重建模型的最优指向性强度,一定程度上影响了声场的重建精度和稳定性,甚至可能导致重建失败。针对该问题,构造了一种由0阶射线波函数和m阶射线波函数构成的组合型射线波函数,并结合辅助点法和遗传算法提出了一种选择组合参数的方法。最后,利用球面活塞声源、随机点声源以及简支板声源验证了组合型射线波函数在声场重建中的有效性。计算结果表明:由于组合型射线波函数可以通过组合参数灵活调节射线波函数的指向性强度,改善了离散型射线波函数的缺陷,其重建精度和稳定性均优于离散型射线波函数;而且,通过选择合适的组合参数,在离散型射线波函数完全失效的情况下,组合型射线波函数仍可获得较理想的重建结果。     

一种提高声场重构稳定性的射线等效源法

基于传统等效源法的近场声全息中通常使用单极子或偶极子作为等效源进行声场重构计算,但由于这两种等效源只能辐射无指向性或弱指向性声波场,因此容易导致系统矩阵病态,严重影响声场重构结果的稳定性.本文提出了一种可以改善近场声全息中系统矩阵病态性的新思路,即采用可辐射强指向性声场的等效源替换传统等效源以使得系统矩阵呈现主对角占优的良态形式,从而降低其条件数,提高重构稳定性.文中利用偶极子构造了一系列可辐射较强指向性声场的等效源——射线等效源,并采用平面全息面对其进行了重构仿真.计算结果表明:用射线等效源替换传统等效源后不仅可以正确计算平面声全息问题,且降低了系统矩阵条件数,提高了重构精度.