[发明专利]采用波叠加法重建循环平稳声源的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种信号重建技术领域的方法，特别是一种采用波叠加法重建循环平稳声源的方法。

背景技术

为了有效地控制噪声，在降噪措施实施以前，必须首先进行噪声源诊断，确定各主要噪声源地位置及其特性。随着现代信号处理技术地发展，谱分析技术，相干和偏相干分析技术、声强分析技术以及声近场全息技术等得到了迅速地发展。

循环平稳信号是一类特殊的非平稳信号，由于自身独特的周期平稳性，使得单次采集到的记录具有周期遍历特性，增加了分析这类非平稳信号方法。循环平稳信号在工程应用中有着十分重要的现实意义，例如旋转机械设备由于对称或近似对称的物理结构和周期性的工作运动模式，其声场有明显的周期时变特征，声信号具有循环平稳特性。

经文献检索发现，Fahnline J.B.和Koopmann Gary H.在《The Journalof the Acoustical Society of America》(90(1991)：2808-2819)上撰文“Anumerical solution for the general radiation problem based on the combinedmethods of superposition and singular-value decomposition”(《美国声学学会杂志》：基于波叠加和奇异值分解法的广义辐射问题数值解)，该文提出利用波叠加法和奇异值分解技术实现对任意外形声源的辐射声场预测，该方法可以有效地分析噪声源的辐射特性，预测外部声辐射。后来，围绕着该项技术，展开了许多研究，包括应用环境，算法改进，精度提高，测量系统等。类似的文献如：毕传兴，陈心昭等撰写的《基于等效源法的近场声全息技术》(中国科学E辑，2005，35(5)：535-548)，实现了用全息测量面的声压信号重建声源表面的声场，并可预测外部声场。但是，所有工作都是基于平稳声场进行的，因此，有必要提出新的技术，用于非平稳声场的分析。然而，对于一般的非平稳声场，声信号的统计特性参量是时变的，因而也就无法再用时间平均来代替集合平均，使得数据采集十分困难，很难分析声场的特性。

现有技术文献中的中国专利公开号：1487500，名称为：“采用近场声全息技术辨识非平稳声源的方法”，该技术对于平面的循环平稳声源进行过分析，但是不能应用于任意外形。在进一步检索中，尚未发现与本发明主题相同或者相类似的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用波叠加法重建循环平稳声源的方法，本发明通过循环平稳声源的近场全息重建，由全息测量面上测量到的声压信号辨识出噪声源的特性和三维声场分布，适用于任意外形的循环平稳声源。

本发明通过以下技术方案实现，本发明在复杂循环平稳声源的场合，采用循环平稳理论替代传统的傅立叶变换技术，选择谱相关密度函数作为声源重建的物理量，提出了用于分析循环平稳声源的近场全息技术，首先布置参考传声器，提取参考信号；再布置传声器阵列对全息测量面进行扫描测量，采集全息测量面数据；然后，利用基于波叠加法的循环平稳近场全息技术，重建得到声源的三维分布。

本发明具体包括以下步骤：

第一步、设置一个待测声源，待测声源表面为S_s，该待测声源表面可以是任意形状，待测声源的体积为V，全息测量面S_h与待测声源表面S_s为共形，但为测量方便也可以是S_s附近的一个任意面。

第二步、布置传声器阵列，在全息测量面S_h上采用线形均布方式设置传声器阵列，以便采集待测声源的高频信息；另外在声源附近布置一个相对于声源位置固定不变的参考源传声器用以采集参考信号；传声器阵列所含传声器总数为L。

第三步、同步记录参考源传声器和传声器列阵采集到的参考信号和全息测点声压，并用空间定位仪确定传声器列阵中每个传声器的空间位置，一并存储在存储设备中。

第四步、从参考信号中获取参考相位，利用参考信号与全息测点声压之间的相位关系，可以得到传声器阵列所采集到的全息测点声压的相对相位关系。具体如下：

首先分析全息测点声压和参考信号，计算参考信号的谱相关密度函数：

                     S_rr^α(f)，