[发明专利]声场重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及噪声源识别方法领域，具体涉及一种采用声压测量和基于多虚拟球的patch NAH声场重建方法。

背景技术

Patch近场声全息(Patch near-field acoustic holography，PNAH)是在近场声全息理论基础上发展形成的一种新型近场声全息技术。PNAH允许测量面小于实际源面,重建区域可以是局部源面，突破了常规NAH对全息孔径尺寸的限制，更便于NAH的实际应用。

现有局部近场声全息技术包括：（1）数据外推方法。Yoshikawa在《美国声学学会》（2001年110卷4期）的文章中对数据外推技术进行了研究，提出时域和波数域的两种数据外推方法，该方法的缺点是需要进行迭代计算，计算过程复杂计算量大；（2）Patch近场声全息技术。Williams在《美国声学学会》（2003年113卷3期）的文章中通过对近场概念的进一步研究，提出了一种Patch NAH的概念，这种方法允许测量的传感器阵列比声源小，克服了测量孔径的有限大小引起的重建误差，降低了测量时间，但在计算时间方面该技术仍然受到迭代计算的限制，计算过程复杂计算，效率低；（3）2005年，Lee等将PNAH推广应用到柱面坐标系。SAIJYOU等采用边界元法对Patch原理的重建思想进行推广，提出了基于BEM的PNAH。SARKISSIAN等利用波叠加法(Wave superposition approach，WSA)实现了全息声压的近场外推，建立了基于WSA的PNAH。

等效源法是由Koopmann等最先提出,该方法又被称为波叠加方法、源模拟法等。它的基本原理是用一系列定位的基本源（即等效源），来代替实际声源。通过测量声压、声速等参数，在一系列等效源产生的合成值之间联系的相容性条件上，得到声源的理论分布情况。该方法避免了边界元法存在的复杂插值运算、奇异积分处理和特征波数处解的非唯一性等问题,具有运算速度快、计算精度高、求解稳定性好等优点。

然而，现有波叠加声全息技术仍然存在2个缺点：（1）虚拟源强的分布域（面）需与测量面（全息面）共形；（2）采用离散源强或基于边界元的分布源强，计算效率和精度低，适应性不强。

发明内容

本发明旨在提供一种声场重建方法，该声场重建方法克服现有技术虚拟源强的分布域需与测量面共形、计算效率与精度低的缺陷，通过引入多球面域二维快速Fourier变换算法，不需要虚拟源强配置域与测量面共形，具有很高计算效率和计算精度。

本发明的技术方案如下：一种声场重建方法，包括以下步骤：

A、在测量声场中设置测量面，测量面上呈网格设置声压振速传感器，相邻网格点之间的距离小于半个波长，声压振速传感器测量测量面上的声压值；

B、对振动体形状进行有限元仿真，根据声源的实际位置和声强的大小，利用重心法对于不同的声源赋以一定的权重，计算出多球虚拟源强的位置和个数，并生成每个虚拟球的位置坐标；

C、对测量面上测定的声压值进行补零扩展，得到测量面扩展面上的声压值；

为了减少小全息孔径造成的误差，对在较小孔径内测得的声压数据进行外推，获得较大测量孔径内的声压数据的近似值。依照式（1）对测量面上的声压测量数据进行补零扩展，得到测量面扩展面上的声压值。

D、计算测量面扩展面声压值与虚拟球声压之间的传递矩阵；

E、建立重建面上的声压值与多虚拟球等效源强产生的声压值之间的传递矩阵；

F、联立步骤D和E获得的传递矩阵，同时对步骤D获得的传递矩阵进行正则化方法处理，获得重建面上的声压求解方程，求解重建面上的声压值。

所述步骤B中，将虚拟球区分为质心位置的虚拟球和非质心位置的虚拟球，其中对于质心位置的虚拟球的半径为r₀=0.2；非质心位置的各虚拟球的半径为r₀=0.1。

所述步骤C具体步骤如下：

依照式（1）对测量面上的声压值进行补零扩展得到测量面扩展面上的声压值：

p_E(H⁺)=D·p_E(H)   （1）；