本發(fā)明涉及物理專業(yè)中噪聲類領(lǐng)域多普勒效應(yīng)恢復(fù)方法，更具體地說是在時域—波數(shù)域恢復(fù)多普勒效應(yīng)的一種方法。

背景技術(shù)：

汽車通過噪聲的測量與控制是汽車行業(yè)的一個熱門課題。目前汽車通過噪聲的測量已形成一系列標(biāo)準(zhǔn)，主要可分為室外測量方法和室內(nèi)測量方法。室外測量方法是通過對汽車在實際行駛過程中產(chǎn)生的噪聲進行測量，因此能夠較準(zhǔn)確地獲得車輛的通過噪聲。但室外測量方法的測量條件嚴(yán)苛，對試驗人員(特別是司機)和試驗設(shè)備要求高，且試驗數(shù)據(jù)的有效率較低，據(jù)相關(guān)調(diào)查僅為30％。室內(nèi)測量方法是在消聲室內(nèi)測量轉(zhuǎn)轂上的汽車噪聲來等效室外測量的通過噪聲，其中最直接的算法是時域交叉合成算法。該算法的一個重要步驟是恢復(fù)汽車移動狀態(tài)時的多普勒效應(yīng)。已有的標(biāo)準(zhǔn)方法是通過對多個傳聲器測量的時域信號進行截斷再組合來恢復(fù)汽車移動時的多普勒效應(yīng)，但該方法首先需要選取參考點對不同測量點的測量信號幅值進行修正，并且存在信號截斷處的幅值不連續(xù)的問題，使得該方法在實際應(yīng)用中存在限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為彌補時域交叉合成算法需要選取參考點和信號截斷處幅值不連續(xù)的不足，提供一種高效、無需參考點的多普勒效應(yīng)恢復(fù)方法。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明多普勒效應(yīng)恢復(fù)方法的特點是按如下步驟進行；

步驟1、在空間建立兩個坐標(biāo)系，一個是靜止的固定坐標(biāo)系of(xf,yf,zf)，另一個是以速度v運動的移動坐標(biāo)系om(xm,ym,zm)；兩個坐標(biāo)系原點在t＝0時刻位于同一位置；在空間中放置一靜止聲源；在靜止聲源輻射聲場中設(shè)置固定坐標(biāo)系下的測量面，在測量面上等間隔均勻分布n個測量點；n個測量點中第n個測量點在固定坐標(biāo)系下坐標(biāo)為第n個測量點在移動坐標(biāo)系下坐標(biāo)為第n個測量點在兩個坐標(biāo)系下坐標(biāo)的相對關(guān)系為：

其中vx表示v在xf軸負(fù)方向上的分量，vy表示v在yf軸負(fù)方向上的分量；

步驟2、將n個傳聲器一一對應(yīng)地放置在所述n個測量點處進行測量，獲得聲壓信號，包括：

在接收時刻t，各測量點處在固定坐標(biāo)系下的聲壓信號一一對應(yīng)為：

將所有n個測量點處的聲壓信號pf表征為：

在接收時刻t，各測量點處在移動坐標(biāo)系下的聲壓信號一一對應(yīng)為：

將所有n個測量點在移動坐標(biāo)系下聲壓信號pm表征為：

在接收時刻t，當(dāng)聲源以速度v沿與移動坐標(biāo)系運動相反方向移動時，各測量點處含有多普勒效應(yīng)的聲壓信號一一對應(yīng)為：

將所有n個測量點含有多普勒效應(yīng)的聲壓信號pd表征為：

步驟3、根據(jù)n個測量點在兩個坐標(biāo)系下坐標(biāo)的相對關(guān)系，將n個測量點在移動坐標(biāo)系下的聲壓信號pm表征為：

步驟4、根據(jù)測量點處聲壓信號在任一坐標(biāo)系下不變的先驗條件pm＝pf，計算獲得各測量點不含多普勒效應(yīng)的聲壓信號pf與含有多普勒效應(yīng)的聲壓信號pd在時域—波數(shù)域的相對關(guān)系表征為：f(pf)＝exp(jkxvxt)×exp(jkyvyt)×f(pd)，其中，f表示空間傅立葉變換運算，exp表示指數(shù)運算，kx表示在xf方向上的波數(shù)劃分，ky表示在yf方向上的波數(shù)劃分，j表示虛數(shù)單位；

步驟5、根據(jù)各測量點測得的不含多普勒效應(yīng)的聲壓信號pf，結(jié)合數(shù)值傅立葉變換運算，計算獲得各測量點含有多普勒效應(yīng)的聲壓信號表征為：

pd＝f^-1[exp(-jkxvxt)×exp(-jkyvyt)×f(pf)]，

其中f^-1表示空間逆傅立葉變換運算，從而實現(xiàn)多普勒效應(yīng)的恢復(fù)。

本發(fā)明多普勒效應(yīng)恢復(fù)方法的特點也在于：所述n個測量點是在平面上等間隔均勻分布。

本發(fā)明多普勒效應(yīng)恢復(fù)方法的特點也在于：速度v為固定值或隨時間變化。

本發(fā)明多普勒效應(yīng)恢復(fù)方法的特點也在于：所述聲源為一個或多個，聲源信號為穩(wěn)態(tài)信號或非穩(wěn)態(tài)信號。

本發(fā)明多普勒效應(yīng)恢復(fù)方法的特點也在于：所述空間坐標(biāo)系為三維坐標(biāo)系或二維坐標(biāo)系。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：本發(fā)明方法無需選取參考點，無需對多個傳聲器的測量信號進行截斷組合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法中固定坐標(biāo)系、移動坐標(biāo)系、聲源s及測量點位置示意圖；

圖2a為測量點a含有多普勒效應(yīng)信號的理論頻譜與利用本發(fā)明方法恢復(fù)多普勒效應(yīng)后的信號頻譜的對比，圖2a中以點表征的曲線為理論頻譜，以實線表征的曲線為采用本發(fā)明方法恢復(fù)多普勒效應(yīng)后的信號頻譜；

圖2b為測量點b含有多普勒效應(yīng)信號的理論頻譜與利用本發(fā)明方法恢復(fù)多普勒效應(yīng)后的信號頻譜的對比，圖2b中以點表征的曲線為理論頻譜，以實線表征的曲線為采用本發(fā)明方法恢復(fù)多普勒效應(yīng)后的信號頻譜。

具體實施方式

本實施例中多普勒效應(yīng)恢復(fù)方法是按如下步驟進行：

步驟1、如圖1所示，在空間中建立兩個坐標(biāo)系，一個是靜止的固定坐標(biāo)系of(xf,yf,zf)，以f表示固定坐標(biāo)系，另一個是以速度v運動的移動坐標(biāo)系om(xm,ym,zm)，以m表示移動坐標(biāo)系；兩個坐標(biāo)系原點在t＝0時刻位于同一位置；在空間中放置一靜止聲源；在靜止聲源輻射聲場中設(shè)置固定坐標(biāo)系下的測量面，在測量面上等間隔均勻分布n個測量點；n個測量點中第n個測量點在固定坐標(biāo)系下坐標(biāo)為第n個測量點在移動坐標(biāo)系下坐標(biāo)為第n個測量點在兩個坐標(biāo)系下坐標(biāo)的相對關(guān)系為：

其中vx表示v在xf軸負(fù)方向上的分量，vy表示v在yf軸負(fù)方向上的分量。

步驟2、將n個傳聲器一一對應(yīng)地放置在n個測量點處進行測量，獲得聲壓信號，包括：

在接收時刻t，各測量點處在固定坐標(biāo)系下的聲壓信號一一對應(yīng)為：

將所有n個測量點處的聲壓信號pf表征為：

在接收時刻t，各測量點處在移動坐標(biāo)系下的聲壓信號一一對應(yīng)為：

將所有n個測量點在移動坐標(biāo)系下聲壓信號pm表征為：

在接收時刻t，當(dāng)聲源以速度v沿與移動坐標(biāo)系運動相反方向移動時，各測量點處含有多普勒效應(yīng)的聲壓信號一一對應(yīng)為：

將所有n個測量點含有多普勒效應(yīng)的聲壓信號pd表征為：以d表示含有多普勒效應(yīng)的信號。

步驟3、根據(jù)n個測量點在兩個坐標(biāo)系下坐標(biāo)的相對關(guān)系，將n個測量點在移動坐標(biāo)系下的聲壓信號pm表征為：

步驟4、根據(jù)測量點處聲壓信號在任一坐標(biāo)系下不變的先驗條件pm＝pf，計算獲得各測量點不含多普勒效應(yīng)的聲壓信號pf與含有多普勒效應(yīng)的聲壓信號pd在時域—波數(shù)域的相對關(guān)系表征為：f(pf)＝exp(jkxvxt)×exp(jkyvyt)×f(pd)，其中，f表示空間傅立葉變換運算，具體實施中：

exp表示指數(shù)運算，kx表示在xf方向上的波數(shù)劃分，ky表示在yf方向上的波數(shù)劃分，j表示虛數(shù)單位。

步驟5、根據(jù)各測量點測得的不含多普勒效應(yīng)的聲壓信號pf，結(jié)合數(shù)值傅立葉變換運算，計算獲得各測量點含有多普勒效應(yīng)的聲壓信號表征為：

pd＝f^-1[exp(-jkxvxt)×exp(-jkyvyt)×f(pf)]，

其中f^-1表示空間逆傅立葉變換運算，具體實施中：

π為圓周率，從而實現(xiàn)多普勒效應(yīng)的恢復(fù)。

為了進行空間傅立葉變換運算，n個測量點在平面上等間隔均勻分布，速度v為固定值或隨時間變化，聲源為一個或多個，聲源信號為穩(wěn)態(tài)信號或非穩(wěn)態(tài)信號，空間坐標(biāo)系為三維坐標(biāo)系或二維坐標(biāo)系。

具體實施中，靜止聲源s采用一個單極子，在固定坐標(biāo)系of(xf,yf,zf)中位于(1.5m,1.5m,0m)。移動坐標(biāo)系移動速度v在xf軸負(fù)方向分量為vx＝20m/s，在yf軸負(fù)方向分量為vy＝20m/s，相當(dāng)于恢復(fù)多普勒效應(yīng)后的信號是聲源沿移動坐標(biāo)系運動相反方向以速度v移動時在各測量點產(chǎn)生的信號。測量陣列位于zf＝0.2m的平面上，陣列包含61×61個等間隔均勻分布的測量點，相鄰兩個測量點之間距離為0.05m。靜止聲源s輻射三個頻率組合的正弦信號，其表達式為：

s(t)＝sin(2πf1t)+sin(2πf2t)+sin(2πf3t)(1)

在式(1)中，頻率f1＝100hz，f2＝1000hz，f3＝2000hz。時域信號采樣頻率為10.24khz，采樣點數(shù)為512。

為檢驗本發(fā)明方法恢復(fù)多普勒效應(yīng)的效果，選取了兩個測量點，即測量點a和測量點b，其位置分別為a(1.5m,1.5m,0.2m)、b(2m,2m,0.2m)。圖2a和圖2b分別表示測量點a和測量點b在聲源移動時測得的含有多普勒效應(yīng)信號的理論頻譜與利用本發(fā)明方法恢復(fù)多普勒效應(yīng)后的信號頻譜的對比，圖中以點表征的曲線為理論頻譜，以實線表征的曲線為采用本發(fā)明方法恢復(fù)多普勒效應(yīng)后的信號頻譜。比較圖中的實線和點線可以看出，采用本發(fā)明方法可以很好地恢復(fù)聲源移動時的多普勒效應(yīng)。