本發(fā)明涉及一種聲場分離與噪聲定位技術(shù)，特別是在非自由場環(huán)境下的聲場分離與噪聲定位技術(shù)。

背景技術(shù)：

1、機(jī)械設(shè)備在工作過程中都會產(chǎn)生噪聲，而噪聲也被視為一種環(huán)境污染源。對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行降噪的前提是需要確定噪聲源。目前，基于傳聲器陣列的聲學(xué)成像技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。該技術(shù)的核心思想是使用傳聲器陣列測量的聲場數(shù)據(jù)來推斷感興趣區(qū)域的聲學(xué)物理量，并獲得聲學(xué)圖像。所獲得的聲學(xué)圖像可用于噪聲源識別，以及基于聲學(xué)的故障診斷等方面。根據(jù)成像原理，目前的聲源定位方法可分為兩類：波束形成和近場聲全息。

2、在嘈雜的環(huán)境中，由于干擾噪聲的存在，導(dǎo)致傳聲器陣列的麥克風(fēng)采集的數(shù)據(jù)不僅包括目標(biāo)聲源的輻射聲壓，還包括外部聲源的輻射聲、反射聲以及散射聲等。在有外部干擾的情況下，傳統(tǒng)的近場聲全息技術(shù)已不再適用。因此，基于不同方法的聲場分離技術(shù)被提出?；谶吔缭ǖ穆晥龇蛛x技術(shù)，不僅適用于任意形狀的聲源，同時(shí)該方法具有較高的精度。

3、現(xiàn)有的基于邊界元法的聲場分離技術(shù)，需要采集雙層測量面的聲壓或單層測量面的聲壓與振速，同時(shí)測量面需要完全包圍目標(biāo)聲源(即不同方向的測量面需要連接為一體，對目標(biāo)聲源形成閉合的測量面)，從而可以利用邊界元法來計(jì)算入射聲壓，進(jìn)而計(jì)算散射聲壓?，F(xiàn)有的基于邊界元法的聲場分離技術(shù)不僅會導(dǎo)致測量點(diǎn)數(shù)目的增多，而且在非自由場環(huán)境中的識別過程中需要先利用聲場分離技術(shù)得到目標(biāo)聲源自由場的聲壓，再利用傳統(tǒng)近場聲全息技術(shù)進(jìn)行聲源識別。從而引起測量成本和計(jì)算成本的增加，而且在工程實(shí)踐中測量點(diǎn)的布置也會存在不易實(shí)現(xiàn)的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有的基于邊界元法的聲場分離技術(shù)存在的需要布置的測量點(diǎn)數(shù)量多，成本高，且測量點(diǎn)不易布置的問題，本發(fā)明提供了一種非自由場聲源定位方法、存儲介質(zhì)及計(jì)算機(jī)設(shè)備。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、非自由場聲源定位方法，包括以下步驟：

4、a、圍繞目標(biāo)聲源設(shè)置測量面，在所述測量面設(shè)置有m個(gè)通道的傳聲器陣列，所述傳聲器陣列用于采集聲壓數(shù)據(jù)；

5、b、構(gòu)建虛擬聲源，所述虛擬聲源的邊界г2包圍所述目標(biāo)聲源的邊界г，所述測量面設(shè)置在所述虛擬聲源的邊界與所述目標(biāo)聲源的邊界之間；

6、c、對所述聲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析；

7、d、建立數(shù)學(xué)模型，所述數(shù)學(xué)模型包括所述聲壓數(shù)據(jù)與所述目標(biāo)聲源的邊界振速和所述虛擬聲源的邊界振速之間的傳遞模型；

8、e、計(jì)算所述目標(biāo)聲源的邊界振速的稀疏基；計(jì)算所述虛擬聲源的邊界振速的稀疏基；

9、f、建立所述測量面的聲壓的稀疏模型；

10、g、利用稀疏算法計(jì)算所述目標(biāo)聲源的邊界振速的稀疏系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算得到所述目標(biāo)聲源的邊界振速；

11、h、利用所述目標(biāo)聲源的邊界振速生成聲像圖。

12、可選地，步驟a中設(shè)置的所述測量面包括與所述目標(biāo)聲源距離不同的2層測量面s1和s2。

13、可選地，步驟d包含以下子步驟：

14、聲場中任意點(diǎn)r處的聲壓p(r)為：

15、

16、其中，∫γ[]ds表示在г上進(jìn)行面積分，i為虛數(shù)單位，r0為所述目標(biāo)聲源的邊界上的點(diǎn)，g(r,r0)＝exp(-jk|r-r0|)/(4π|r-r0|)為自由場格林函數(shù)基本解，k＝ω/c為波數(shù)，ω為角頻率，c為聲速，ρ為介質(zhì)密度，p(r0)為所述目標(biāo)聲源的邊界上的聲壓，vn(r0)為所述目標(biāo)聲源的邊界上的振速，c(r)為r處的立體角系數(shù)，對于所述目標(biāo)聲源的外部聲場，c(r)的表達(dá)式：

17、

18、其中，d+為г外部，d-為г內(nèi)部；

19、對于所述虛擬聲源的內(nèi)部聲場，c(r)的表達(dá)式：

20、

21、其中，d1+為г2內(nèi)部，d1-為г2外部；

22、所述測量面上的聲壓分別為與

23、

24、其中，pf為所述目標(biāo)聲源在自由場下的輻射聲壓，ps為所述目標(biāo)聲源產(chǎn)生的散射聲壓，pi為入射聲壓，下標(biāo)表示該項(xiàng)對應(yīng)的測量面s1和s2；

25、在所述目標(biāo)聲源的邊界上設(shè)置n個(gè)離散的點(diǎn)，利用所述聲場中任意點(diǎn)r處的聲壓公式建立所述離散的點(diǎn)的方程，并合并成以下矩陣形式：

26、ps＝hs-1gsvns＝hsg·vns

27、其中，ps為所述離散點(diǎn)的聲壓組成的列向量，vns為所述離散點(diǎn)的振速組成的列向量，hs和gs均為n×n階的系數(shù)矩陣，hsg＝hs-1gs為所述離散點(diǎn)聲壓與振速之間的傳遞矩陣，上標(biāo)-1表示矩陣的逆，立體角系數(shù)c已被歸入系數(shù)矩陣的對角元素中；

28、當(dāng)點(diǎn)r位于輻射聲場中，所述目標(biāo)聲源的輻射聲壓為：

29、pf＝hfps+gfvns＝(hfhsg+gf)vns＝avns

30、其中，pf為點(diǎn)r處聲壓組成的列向量，hf和gf均為m×n階的系數(shù)矩陣，a為m×n階的點(diǎn)r的聲壓與所述離散的點(diǎn)的振速之間的傳遞矩陣；

31、在自由場中，所述目標(biāo)聲源在所述測量面的輻射聲壓和為：

32、

33、其中，vnг為所述目標(biāo)聲源在所述離散點(diǎn)的振速，矩陣a的下標(biāo)表示積分所在面，矩陣a的上標(biāo)表示點(diǎn)r所在面；

34、所述測量面的入射聲壓和為：

35、

36、其中，為所述虛擬聲源在所述離散點(diǎn)的振速；

37、所述目標(biāo)聲源的邊界條件為：

38、

39、其中，β為所述目標(biāo)聲源的邊界的特定導(dǎo)納，ρc為空氣的特定阻抗，k為波數(shù)；

40、當(dāng)所述目標(biāo)聲源固定不動(dòng)且邊界為剛性時(shí)，所述目標(biāo)聲源外任意一點(diǎn)處的聲壓為：

41、

42、其中，pb()定義為阻塞聲壓,pi()為入射聲壓；以s代表所述測量面中的一個(gè)測量面，s鄰近所述目標(biāo)聲源的一側(cè)區(qū)域?yàn)閐2+，s遠(yuǎn)離所述目標(biāo)聲源的一側(cè)區(qū)域?yàn)閐2-，ωг為

43、

44、當(dāng)點(diǎn)r∈г時(shí)，所述目標(biāo)聲源的邊界г上的阻塞聲壓pгb的矩陣形式為：

45、

46、其中，pгi為所述目標(biāo)聲源的邊界г上的入射聲壓；

47、所述目標(biāo)聲源在s上的散射聲壓為：

48、

49、所述目標(biāo)聲源輻射到s上的散射聲壓的矩陣形式為：

50、

51、所述目標(biāo)聲源輻射到s上的散射聲壓由在所述目標(biāo)聲源的邊界的入射聲壓得到：

52、

53、由所述虛擬聲源在所述目標(biāo)聲源的邊界產(chǎn)生的入射聲壓為：

54、

55、所述測量面上的散射聲壓為：

56、

57、其中，

58、步驟d中所述數(shù)學(xué)模型：

59、

60、可選地，步驟e包括：

61、對步驟d的所述子步驟中的下式中的hsg進(jìn)行奇異值分解，

62、ps＝hs-1gsvns＝hsg·vms

63、得到的右奇異矩陣v作為對應(yīng)聲源的邊界振速的稀疏基：

64、hsg＝uσvh。

65、可選地，所述目標(biāo)聲源的邊界的振速為：

66、vnγ＝vγαγ

67、所述虛擬聲源的邊界的振速為：

68、

69、其中，vг為所述目標(biāo)聲源的邊界振速的稀疏基，vг2為所述虛擬聲源的邊界振速的稀疏基，αг為所述目標(biāo)聲源的邊界振速的稀疏基下的分解系數(shù)，αг2為所述虛擬聲源的邊界振速的稀疏基下的分解系數(shù)。

70、可選地，步驟f所述稀疏模型：

71、

72、一種存儲介質(zhì)，該存儲介質(zhì)上儲存有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如前所述非自由場聲源定位方法中的步驟b至步驟h。

73、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)如前所述非自由場聲源定位方法中的步驟b至步驟h。

74、本發(fā)明的技術(shù)效果如下：

75、現(xiàn)有的基于邊界元法的聲場分離技術(shù)，由于求解過程需要在全息面上進(jìn)行積分，這就要求測量面必須完全包圍目標(biāo)聲源。并且隨著頻率的增加，為滿足測試要求須保證相鄰測點(diǎn)之間的距離相應(yīng)減小，測點(diǎn)數(shù)目會進(jìn)一步增加。本發(fā)明的非自由場聲源定位方法可以直接利用混合場的聲壓直接實(shí)現(xiàn)聲源識別，且不需要全息面包圍目標(biāo)聲源，減小了測點(diǎn)數(shù)目，成本低。

76、上述可選方式所具有的進(jìn)一步效果，將在下文中結(jié)合具體實(shí)施方式加以說明。