專利名稱：一種非穩(wěn)態(tài)聲場分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理專業(yè)中噪聲類領(lǐng)域聲場分離方法。
技術(shù)背景
在實際工程中，目標(biāo)聲源位于測量面的一側(cè)，而在測量面的另一側(cè)往往存在干擾聲源，這些干擾聲源所產(chǎn)生的聲場影響了對目標(biāo)聲源所輻射聲場的準(zhǔn)確測量，因此需要采用一定的聲場分離方法將干擾聲源的影響從測量結(jié)果中分離出來。到目前為止，國內(nèi)外學(xué)者已提出多種聲場分離方法，這些方法可大致分為五類一是基于空間傅里葉變換法 (SFT)的聲場分離技術(shù)G. V. Frisk等在1980年首次提出采用SFT法間接測量海洋底面的反射系數(shù)，并建立了基于SFT法的雙面聲場分離理論；M. Tamura于1990年將G. V. Frisk等提出的方法用于測量斜入射時材料的反射系數(shù)；Μ. T. Cheng等對M. Tamura提出的方法進(jìn)行了推廣，建立了柱面坐標(biāo)下的雙測量面聲場分離公式，并用于實現(xiàn)散射聲場的分離。二是基于統(tǒng)計最優(yōu)近場聲全息(SONAH)的聲場分離技術(shù)J. Hald在對SONAH研究的基礎(chǔ)上，提出了基于雙全息面聲壓測量的統(tǒng)計最優(yōu)聲場分離技術(shù)；F. Jacobsen等在J. Hald提出的方法的基礎(chǔ)上，提出了基于聲壓和速度測量的統(tǒng)計最優(yōu)聲場分離技術(shù)。三是基于球面波疊加的聲場分離方法1956年，J. Pachner采用球面波疊加法實現(xiàn)了任意波場中行波和駐波聲場的分離；G. Weinreich等在1980年對J. Pachner提出的方法作了進(jìn)一步改進(jìn)，建立了基于雙球面測量的聲場分離理論。四是基于邊界元法(BEM)的聲場分離技術(shù)C. Langrenne等在2007年提出一種基于邊界元法的雙面聲場分離方法；隨后，E. G. Williams等在2008年提出一種基于逆邊界元法和聲壓速度測量(Cauchy數(shù)據(jù))的聲場分離方法。五是基于等效源法的聲場分離技術(shù)C. Χ.Β 提出的基于等效源法的聲場分離技術(shù)，適用于任意形狀測量面，且計算穩(wěn)定性好、計算精度高。但是，上述聲場分離方法都僅僅考慮了穩(wěn)態(tài)聲場，僅實現(xiàn)了聲場在空間域的分離。當(dāng)目標(biāo)聲源和干擾聲源輻射的聲場是非穩(wěn)態(tài)時，既需要實現(xiàn)聲場在空間域的分離，也需要實現(xiàn)聲場在時域的分離，因此上述聲場分離方法將不再適用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種非穩(wěn)態(tài)聲場分離方法，既實現(xiàn)聲場在空間域的分離，又實現(xiàn)聲場在時域的分離。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明非穩(wěn)態(tài)聲場分離方法的特點是對于同時存在目標(biāo)聲源M。和干擾聲源Md，目標(biāo)聲源M。和干擾聲源Md均輻射非穩(wěn)態(tài)的聲壓信號的被測聲場，在所述被測聲場中布置一個與測量面S1平行、且相隔距離為△ ζ的輔助測量面&，同步測量輔助測量面&與測量面S1 上的聲壓時域信號；將測量面S1和輔助測量面&上的聲壓時域信號分別進(jìn)行二維空間傅里葉變換獲得其聲壓波數(shù)譜；利用所述聲壓波數(shù)譜和時域脈沖響應(yīng)函數(shù)，并通過解卷運算分離出只有目標(biāo)聲源M。在測量面S1I所輻射的聲壓波數(shù)譜；對分離出的聲壓波數(shù)譜進(jìn)行二維空間反傅里葉變換，從而獲得測量面S1上只有目標(biāo)聲源M。所輻射的時域信號。
本發(fā)明方法的特點按如下步驟進(jìn)行
步驟a、同步測量測量面S1和輔助測量面&上的聲壓時域信號
在由目標(biāo)聲源M。和干擾聲源Md構(gòu)成的非穩(wěn)態(tài)被測聲場中，位于目標(biāo)聲源M。和干擾聲源Md之間有測量面S1，在測量面S1與干擾聲源Md之間設(shè)置一個與測量面S1平行、且相隔距離為Δ ζ的輔助測量面& ；在測量面S1與輔助測量面&上分別均勻分布M個測量網(wǎng)格點，同步測量輔助測量面&與測量面S1上各個網(wǎng)格點處的聲壓時域信號；所述Δζ的取值大于零，且不大于測量網(wǎng)格點的間隔。
步驟b、對測量面S1與輔助測量面&上的聲壓時域信號分別進(jìn)行二維空間傅里葉變換獲得聲壓波數(shù)譜，變換過程為_0] Pikx , ，Z1, 0 = ￡￡ P(x,y, Z1, t)eKk^y)dxdy(11)
P(kx, ky, z2, 0 = ￡￡>(·^，^tyiKx+kyy)dxdy(12)
在式(11)和式(12)中
j表示虛數(shù)單位；kx、ky分別為x、y方向的波數(shù)分量；
Z1, Z2分別為測量面S1、輔助測量面&的ζ方向的空間坐標(biāo)；
ρ (x, y，Z1, t)為測量面S1上的聲壓時域信號；
ρ (x, y，z2, t)為輔助測量面&上的聲壓時域信號；
P(kx，ky，Z1, t)為測量面S1上的聲壓波數(shù)譜；
P(kx，ky，z2, t)為輔助測量面&上的聲壓波數(shù)譜；
步驟C、建立測量面S1與輔助測量面&上的聲壓波數(shù)譜、時域脈沖響應(yīng)函數(shù)、目標(biāo)聲源M。在測量面S1上所輻射的聲壓波數(shù)譜之間的傳遞關(guān)系
P(kx, ky, Z1, t)-P(kx, ky, z2, t)*h(kx，ky, Δζ, t)
= P0(kx，ky，Z1, t)*[ δ (t)-h(kx，ky，Δζ，t)*h(kx，ky，Δζ，t)] (13)
式(13)中
“*”表示卷積運算；
δ (t)為已知的 Dirac delta 函數(shù)；
h(kx，ky, Δ ζ, t)為已知的時域脈沖響應(yīng)函數(shù)；
P0 (kx, ky，Z1, t)為目標(biāo)聲源M。在測量面S1上所輻射的聲壓波數(shù)譜，為待求量；
步驟d、通過解卷運算分離出只有目標(biāo)聲源M。在測量面S1上所輻射的聲壓波數(shù)譜 P。(kx，ky，Z1, t)，其解卷過程如下
P=B1A(14)
式(14)中
A= [A(I^lvt1) A (kx，ky，t2) Λ A(kx，ky，tN)]T(15)
P0 = [P0 (kx, ky, Z1, ti) P0 (kx, ky, Z1, t2) A P0 (kx, ky, Z1, tN)]T (16)
權(quán)利要求
1.一種非穩(wěn)態(tài)聲場分離方法，其特征是對于同時存在目標(biāo)聲源M。和干擾聲源Md，目標(biāo)聲源M。和干擾聲源Md均輻射非穩(wěn)態(tài)的聲壓信號的被測聲場，在所述被測聲場中布置一個與測量面S1平行、且相隔距離為△ ζ的輔助測量面S2,同步測量輔助測量面&與測量面S1上的聲壓時域信號；將測量面S1和輔助測量面&上的聲壓時域信號分別進(jìn)行二維空間傅里葉變換獲得其聲壓波數(shù)譜；利用所述聲壓波數(shù)譜和時域脈沖響應(yīng)函數(shù)，并通過解卷運算分離出只有目標(biāo)聲源M。在測量面S1上所輻射的聲壓波數(shù)譜；對分離出的聲壓波數(shù)譜進(jìn)行二維空間反傅里葉變換，從而獲得測量面S1上只有目標(biāo)聲源M。所輻射的時域信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)態(tài)聲場分離方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行 步驟a、同步測量測量面S1和輔助測量面&上的聲壓時域信號在由目標(biāo)聲源M。和干擾聲源Md構(gòu)成的非穩(wěn)態(tài)被測聲場中，位于目標(biāo)聲源M。和干擾聲源Md之間有測量面S1，在測量面S1與干擾聲源Md之間設(shè)置一個與測量面S1平行、且相隔距離為△ ζ的輔助測量面& ；在測量面S1與輔助測量面&上分別均勻分布M個測量網(wǎng)格點， 同步測量輔助測量面&與測量面S1上各個網(wǎng)格點處的聲壓時域信號；所述△ ζ的取值大于零，且不大于測量網(wǎng)格點的間隔；步驟b、對測量面S1與輔助測量面&上的聲壓時域信號分別進(jìn)行二維空間傅里葉變換獲得聲壓波數(shù)譜，變換過程為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)態(tài)聲場分離方法，其特征是所述各網(wǎng)格點上的聲壓時域信號是采用雙傳聲器陣列在兩測量面上一次快照獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)態(tài)聲場分離方法，其特征是所述測量面S1和輔助測量面 &均為平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)態(tài)聲場分離方法，其特征是所述干擾聲源Md為噪聲源、 反射源或散射源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非穩(wěn)態(tài)聲場分離方法，其特征是對于同時存在目標(biāo)聲源Mo和干擾聲源Md，并且均輻射非穩(wěn)態(tài)的聲壓信號的被測聲場，在被測聲場中布置一個與測量面S1平行、且相隔距離為Δz的輔助測量面S2，同步測量輔助測量面S2與測量面S1上的聲壓時域信號；并將聲壓時域信號分別進(jìn)行二維空間傅里葉變換獲得其聲壓波數(shù)譜；利用聲壓波數(shù)譜和時域脈沖響應(yīng)函數(shù)，并通過解卷運算分離出只有目標(biāo)聲源Mo在測量面S1上所輻射的聲壓波數(shù)譜；對分離出的聲壓波數(shù)譜進(jìn)行二維空間反傅里葉變換，最終獲得測量面S1上只有目標(biāo)聲源Mo所輻射的聲壓時域信號。本發(fā)明方法既可以實現(xiàn)聲場在空間域的分離，也可以實現(xiàn)聲場在時域的分離，特別適用于非自由聲場環(huán)境下非穩(wěn)態(tài)聲場的分離。
文檔編號G01H17/00GK102494755SQ20111040225
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者張小正, 張永斌, 徐亮, 畢傳興 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)