基于声阵列与声全息的噪声源识别方法研究

论文摘要

随着我国社会、经济的发展,噪声污染对人们的学习、工作、生活和健康造成了越来越严重的影响。噪声控制成为人们日益关注的问题。高效实用的噪声源识别技术已经成为越来越多的科研工作者的研究目标。声全息和声阵列噪声源识别方法是两种比较常用的噪声源识别技术,近年来取得了较快发展,但这两种方法在噪声源识别领域中有着各自的局限性。本文详细研究了声全息和声阵列识别方法在噪声源识别应用中各自的优越性与局限性,分别对两种方法进行了改进与修正,提出了基于声阵列与声全息组合方法的噪声源识别技术,该方法在低频域采用声全息方法进行声场重建,在高频域采用阵列噪声识别方法进行声场分析,结合两种方法的分析结果,获得整个频域的声场信息。本文研究工作主要包括以下几个方面:(1)对于基于声阵列的噪声源识别方法的研究,本文重点研究了波束形成方法,采用了阵列方向图矩阵对传统的波束形成方法进行了修正,大大提高了声源识别效果。(2)对于声全息方法的研究,本文分析了滤波窗函数截止波数选取的经验公式,针对经验公式没有考虑信噪比、测量距离和声源频率的不足,把信噪比、测量距离和声源频率的影响综合考虑,采用了一种全新的截止波数选取公式对滤波窗函数进行优化,有效地减小了重建误差。(3)针对波束形成方法和声全息方法在高频域和低频域声源识别中各自的优缺点,提出了基于组合方法的噪声源识别方法。推导出合理的频域划分原则,为波束形成方法和声全息方法分配好各自适合的频域。对于测量阵列的设计,为了降低系统成本,用少量传声器组成平面网格阵列,采用基于带限信号恢复算法的全息声压外推技术,在算法上间接增大全息孔径,达到了提高重建精度的目的。经过大量的数值仿真和实验,验证了组合方法的有效性和它相对于波束形成方法与声全息方法的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 本论文研究的目的和意义
• 1.2 噪声源识别方法简介
• 1.3 本文采用的噪声源识别方法
• 1.4 国内外研究状况及存在问题
• 1.4.1 阵列噪声源识别方法
• 1.4.2 声全息噪声源识别方法
• 1.5 论文框架
• 第2章 基于声阵列的噪声源识别方法
• 2.1 传感器阵列
• 2.1.1 传感器阵列简介
• 2.1.2 相位延迟原理
• 2.1.3 阵列的指向性和方向图
• 2.2 波束形成方法
• 2.3 主要参数对声源识别结果的影响
• 2.3.1 声源频率对声源识别效果的影响
• 2.3.2 传声器阵列有效孔径对声源识别效果的影响
• 2.4 修正的波束形成方法
• 2.4.1 修正方法的推导
• 2.4.2 仿真验证
• 2.5 存在的问题和解决方案
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于声全息的噪声源识别方法
• 3.1 平面近场声全息基本理论
• 3.2 平面近场声全息技术离散处理
• 3.2.1 有限、离散化假设条件
• 3.2.2 平面近场声全息重构表达式的离散化
• 3.3 误差分析以及滤波窗函数的优化
• 3.3.1 平面近场声全息噪声源识别方法的误差分析
• 3.3.2 滤波窗函数的优化
• 3.4 主要参数对重建结果的影响
• 3.5 存在的问题和解决方案
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于声阵列与声全息组合方法的噪声源识别技术
• 4.1 频域划分
• 4.1.1 频域划分原则的推导
• 4.1.2 实验研究
• 4.2 阵列的选择
• 4.3 全息声压外推算法
• 4.4 数据处理流程
• 4.5 仿真分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验及误差分析
• 5.1 实验系统
• 5.2 声源识别实验及误差分析
• 5.2.1 单音箱声源识别实验及误差分析
• 5.2.2 双音箱声源识别实验及误差分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果