基于近场声全息的舰船水下辐射噪声识别研究

基于半自由场平面近场声全息的基本原理,采用数值计算的结果作为全息数据,对水面舰船水下辐射噪声进行了反演,着重研究了由螺旋桨噪声和流噪声的数据获得的重建结果与重建距离之间的关系。研究结果表明,半自由场平面近场声全息重建算法能对水面舰船水下辐射噪声进行识别;半自由场平面近场声全息对重建距离的变化较敏感,从而限制了重建距离的适用范围;螺旋桨噪声在船尾附近是主要噪声源。     

基于粒子滤波的波叠加算法

与传统波叠加法通过逆问题求解获得源强不同,提出一种基于粒子滤波的波叠加算法来实现正向求解源强.该方法基于波叠加理论建立状态空间模型,根据初始化粒子的先验信息预测并更新状态向量.通过权重计算和重采样,估计等效源的强度及其位置,进而重建三维辐射声场.仿真分析与实验验证表明,该算法可避免逆问题求解中的不适定性难题,实现声场的高精度重建.     

基于角谱法分析圆形活塞声源近场声特性

圆形活塞的声辐射应用较广,大多数超声检测应用中所用的声源,都可视为活塞式辐射器。利用角谱法分析了传播波和倏逝波在声场轴线上的分布与空间位置、声源半径及辐射频率间的关系,通过比较两种波的声压幅值确定了倏逝波的有效传播距离。利用近场声全息(NAH)理论计算了倏逝波在换能器近场空间的声压分布,并对结果进行误差分析。仿真结果表明,基于空间傅里叶变换的角谱法和NAH法均可准确反映圆形活塞辐射近场声压呈现数衰减的分布规律。     

数字全息波前准确重建的实验研究

为了得到数字全息图波前的准确重建场,采用常见的波前重建算法进行实验研究和理论分析,得到了物光波通过非单一介质传播时的等效距离,并利用该等效距离修改常用波面重建公式中的相关参量,与柯林斯公式对数字全息图进行重建的结果进行比较分析,发现当物光波通过非单一介质时,采用等效距离修正的重建公式或者柯林斯公式均能得到准确的数字全息再现像。结果表明,采用等效距离对数字全息图进行波前重建的结果与采用柯林斯公式重建的结果一致,此方法能够简化光波通过非单一介质时对数字全息图的波前准确重建。该研究结果可为显微数字全息及数字全息检测应用提供有益的参考。     

基于平滑l_0范数的压缩感知近场声全息方法

传统平面近场声全息(CPNAH)是一类典型的不适定问题,采用波数域滤波或Tikhonov正则化等方法都无法彻底解决,因此,提出一种基于平滑l_0范数的压缩感知平面近场声全息法(SL0-CS-PNAH)。根据全息面上测量声压的特点,采用symlets8小波函数构建正交小波变换矩阵,将其作为重建面质点法向振速的稀疏基。将CPNAH中使用的瑞利(Rayleigh)第一积分公式离散化,确定SL0-CS-PNAH中满足约束等距原则的测量矩阵,设置合适的压缩比,利用测量矩阵对稀疏信号进行压缩采样。在由感知矩阵、全息面测量声压和稀疏向量共同构成的约束条件下,建立稀疏向量的最小l_0范数优化模型,采用平滑l_0范数重建算法求解此模型下的最优化问题,得到质点法向振速的最优稀疏解,再将最优稀疏解和稀疏基相乘恢复重建面质点法向振速。在数值仿真实验中,将测量点由64×64减少到32×64的情况下将传统CPNAH、基于正交匹配追踪算法的压缩感知近场声全息(OMPCS-PNAH)、基于子空间追踪算法的压缩感知近场声全息(SP-CS-PNAH)和SL0-CS-PNAH进行比较。实验结果表明,在相同采样率和压缩比条件下,采用SL0-CS-PNAH的声场重建质量较好且重建效率较高。     

基于盲源分离的近场源参数估计

研究了基于盲源分离的近场源波达角和距离估计问题。首先利用盲源分离方法估计出阵列流形矩阵,然后利用优化算法对波达角和距离参数进行估计。该方法无需频域搜索和参数配对,且未利用Fresnel逼近进行参数估计,适应源信号不在Fresnel区域内的情形。计算机仿真验证了所给算法的有效性。      

基于组合阵列的水下特征线谱近场定位方法

本文提出了一种基于组合阵列的特征线谱定位方法,该方法仅采用均匀声压阵中心配置单只三维矢量水听器的基阵形式,即可完成近场源方位角、俯仰角和距离的三维参数估计,可为近场聚焦以及近场声全息等噪声源定位识别方法提供可靠的先验知识.该方法利用声源的二阶统计量信息,将三维参数估计问题转化为多个一维搜索问题,从而减少了算法的计算量,...     

基于高阶累积量的近场通信波达方向估计算法

通过对近场通信波达方向准确估计,提高目标信源的定位能力.传统方法中对近场源通信信源的波达方向估计采用多普勒估计方法,由于近场通信的空间信源为窄带信号,多普勒估计会导致DOA估计频谱失真.提出一种基于高阶累积量的近场通信波达方向估计算法.采用均匀间隔线列阵构建近场通信的信号模型,进行近场源目标特征构建,提取近场源通信信号的斜度和峰度等特征,采用高阶累积量特征提取方法,分别求得对应近场通信信源的方位角、频率和距离三维参数,使得每个信源的参数自动配对,提高了近场通信DOA波达方向估计的效率和精度,实现近场源通信信号的波达方向估计算法改进.仿真实验结果表明,采用该方法进行近场方法波达方向估计的精度较高,对信源方位的定位准确,性能优越于传统方法,在近场通信中具有较好的应用价值.     

基于双层统计最优近场声全息的声场分离技术

传统的统计最优近场声全息应用在单层阵列中,要求声源位于测量面的一侧,即另一侧必须为自由声场。但在很多实际情况下(如车舱中),可能会存在各个方向的声波反射,很难达到全息面一侧的声场为自由声场。为克服这个问题,将统计最优近场声全息应用在双层阵列中来实现声场分离,在给出理论推导的基础上通过数值仿真研究验证了该方法的可行性,并采用自行研制的2×5×5双层方阵进行实验,验证了该方法的有效性。     

基于二阶统计量的近场定位新方法

该文针对近场源的方向角和距离的二维参数估计,提出了一种新的近场源二维参数估计方法。该方法利用双极化阵列的极化信息和二阶统计量估计近场源的波达方向和距离参数。该方法具有估计精度高和无需谱峰搜索的优点。仿真实验证明了该算法的有效性。     

环形光源激发超声进行缺陷检测的数值研究

为了提高激光超声的激发效率且不对被测表面造成损伤,改变了光源的空间分布,采用脉冲激光环形光源激发超声及有限元方法, 应用多物理场耦合软件,对铝板中激发的超声全场波形进行了数值模拟,研究了环形光源中轴线上叠加横波的激发特性随激光参量而变化的规律,并与点光源激发超声进行对比。通过模拟缺陷所导致超声场的变化规律,提出一种环光源双面扫描检测裂纹的方法,验证了利用叠加横波特性进行缺陷检测的可行性和有效性。结果表明,使用环形光源,其光源损耗常在50%以下,可大大提高激发效率,横波传播方向稳定,叠加深度与光环半径有关,而环半宽则会影响叠加横波强度。该研究结果对环形光源激发超声应用于缺陷检测提供了参考。     

基于声全息技术的噪声源识别与DSP实现

针对传统噪声源识别无法充分利用声场信息以及不便于实现等问题，文中以共轭汇聚波原理及声全息法为理论基础，提出了应用二维傅里叶变换（2DFFT）计算复杂面积分的全息重建算法。根据该种算法的数据量大，运算复杂的特点，选取TI公司TMS320C6701这款超高速浮点DSP芯片，采用C和汇编语言混合编程，实现了声全息算法DSP的应用。通过实验较为准确地识别出噪声源位置，显示出此声源识别系统具有速度快、精度高、实用性强的特点。     

一种近场环境下的麦克风阵列语音增强方法

针对语音源位于阵列近场而干扰噪声源位于阵列远场的声学环境,本文提出了一种基于近场双自适应波束形成的麦克风阵列语音增强方法。该方法利用近场声波波前的特点,主通道采用最小方差无失真响应准则的近场优化波束形成器,辅助通道采用双自适应波束形成技术,从而有效地抑制了混响和噪声对语音信号的影响。仿真实验结果表明,在房间混响条件下,本文方法具有良好的噪声抑制性能。     

基于小型阵列探头的声波分离方法研究

声级计等现有的声压在线测量工具并不能够抑制干扰噪声对测量精度的影响,针对这一问题提出了一种基于小型阵列探头的声波分离方法,该方法以球波函数叠加逼近理论作为分离算法的基础,可应用于噪声环境下目标对象辐射声压的简易快速准确测量。为验证该方法的可行性,设计了一个由5只传声器组成的小型立体阵列探头,在含有干扰声源的声场中,通过对探头所测得的复声压信号进行声波分离算法处理,便可将测量对象辐射的声波从存在干扰声波的声场中分离开来。数值仿真及实验结果表明,通过该方法可以简易快速地得到较好的声波分离效果。     

基于曲面口径积分/几何光学的天线罩混合分析

提出了发射模式下，曲面口径积分／几何光学的混合分析方法。利用等效原理，将天线罩内表面上的反射场等效为面电流和面磁流，沿等效源所在曲面作口径积分，确定二次入射到罩壁上的入射场，经过局部平面的多层介质传输到天线罩外表面，在外表面上将一次传输场和二次反射场矢量叠加，对外表面切向场的表面积分得到天线带罩系统的远场方向图。该方法解决了发射模式下一次传输场和二次反射场的矢量叠加问题，计算精度高；仿真预测结果均为试验所证实。     

表面波放电狭缝天线辐射电磁场的三维数值分析

针对平板型表面波放电等离子体源,建立了表面波放电狭缝天线辐射电磁波模型,对狭缝天线辐射电磁场分布进行了三维数值计算,并与表面波电磁场进行对比分析,讨论了平板型表面波放电机理。结果表明:整个狭缝天线阵激发的电磁场是每个狭缝天线激发电磁场的线性叠加;狭缝天线阵直接激发的电磁场强度在临近波导壁面处很大,并且随着空间距离的增大迅速衰减;狭缝天线阵直接激发和表面波的电场均远大于各自的磁场,分析电、磁场对带电粒子的力作用时可以忽略磁场力的作用;表面波电磁场远大于狭缝天线阵直接辐射的电磁场,强电磁场范围也远大于狭缝天线阵直接激发的强电磁场范围,等离子体有增强电磁场强度、扩大强电磁场范围的作用。