[发明专利]一种基于声压和质点振速双面测量的声场分离方法

权利要求书

1.一种基于声压和质点振速双面测量的声场分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在被测声场中设置两个互相平行且间距为D的测量面，搭建P-U线型扫描传声器阵列，采集两个测量面上的声压和质点振速信号；

S2、建立声场重构模型，基于IWESM算法对混合声场进行声源初步定位，获取声源在重构面上的XY坐标，并根据两个测量面声压数据判断声源来向；

S3、根据拟合测量面误差最小原则，获取声源垂直于测量面的位置坐标；

S4、根据声源初步定位结果，分别在每个声源内部布置同球心的等效源；

S5、分别建立多个等效源和双测量面之间的传递函数，当测量面内出现2个及以内声源，则判定声场为稀疏分布，当测量面内出现大于2个声源，则判定声场为非稀疏分布；对符合稀疏分布的声压或质点振速进行压缩感知稀疏化处理，对不符合稀疏分布的声压或质点振速量基于Tikhonov正则化方法进行处理，稳定源强求解过程，获取源强分布；

S6、根据声场传递函数重构每个声源的辐射声场，并进行目标声场叠加，获取测量面分离数据后，进一步实现目标声场重构。

2.根据权利要求1所述的基于声压和质点振速双面测量的声场分离方法，其特征在于，在由目标声源与干扰声源构成的被测声场中，位于目标声源与干扰声源之间布置有相互平行的测量面H₁与测量面H₂，测量面为17个P-U传感器组成的线型阵列，通过步进电机扫描装置完成17×17个空间位置点的测量；两个测量面之间相隔距离D，单位m，相邻测量点之间的距离小于分析频率的半波长；同时测量两个测量面上各测量点处的声压和质点振速的幅值和相位信息；利用基于NI-PXIe总线的数据采集系统完成传声器阵列的多通道同步采集，采样频率44100Hz；通过单参考传递函数法修正直接测量得到的复声压和复质点振速相位；所述被测声场为稳态声场。

3.根据权利要求2所述的基于声压和质点振速双面测量的声场分离方法，其特征在于，所述步骤S2中的声源初步定位过程中，具体计算过程如下：

为了确定阵列两侧声源的位置，以测量面H₁的声压作为输入以确定声源在XY平面的位置，基于IWESM方法进行声源定位的具体计算过程为：

式中，‖·‖表示2范数，W是主对角线上为w_n的对角权矩阵，w_n为第n个等效源所对应的权重系数，Q为等效源源强向量，N为等效源个数；

即求解最小值问题：

式中，G_hp为N个等效源到测量面上每个测量点处的声压传递矩阵，λ为正则化参数，p_h为测量声压；

当相干声源位于阵列两侧时，声压输出的重建结果上将显示两个峰值，为区分声源的前后位置，通过有限差分近似方法，计算两个测量面的中间测量面上的振速：

式中，P₁和P₂分别为测量面H₁和测量面H₂的声压，ρ₀为空气密度，c为声传播速度，k为波数，D为两个测量面间距；上式用于确定声源在z方向的前后位置，正值指示目标声源的位置，输出结果中的负值所在的位置即为阵列背面干扰声源所在的位置；声压和振速进行整合，输出一个包含声源位置信息和前后方位信息的结果。

4.根据权利要求1所述的基于声压和质点振速双面测量的声场分离方法，其特征在于，所述步骤S3中的确定声源垂直于测量面的位置坐标过程中，具体计算过程如下：

式中，是模型的预测值，y_i是测量面的真实测量值，x_i是模型输入，z_n是模型的参数，也是需要训练的参数，此处即为声源z向坐标；设定声源z坐标范围，上限为b值，下限为a值，以重建两个测量面上的测点处声压拟合误差之和作为评价指标，通过求解该极小化问题来得到模型的参数，即确定噪声源z坐标。