应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法
【专利摘要】应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法，针对闭口风洞气动噪声测量对麦克风阵列的需求，在满足闭口风洞中阵列安装条件的情况下，以对阵列旁瓣抑制水平的需求为约束条件，以阵列分辨率为目标函数，利用模拟退火法，优化阵列单元坐标。本发明克服现有方法的不足，能给出旁瓣抑制水平和分辨率均满足要求并且能适应闭口风洞安装的阵列单元布置。
【专利说明】应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种麦克风阵列优化设计方法，特别是一种应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法。
【背景技术】
[0002]利用麦克风相阵列测量技术在闭口风洞中开展民用飞机气动噪声研究在国内受到了越来越多的关注，而不同的试验模型要求有不同阵列设计。阵列有两个主要性能指标:分辨率和旁瓣抑制水平。分辨率与阵列口径有关，口径越大，分辨率越优。旁瓣抑制水平与阵列单元布置的疏密程度有关，阵列布置得越密，旁瓣抑制水平越优。因此对于给定麦克风数目的阵列，分辨率和旁瓣抑制水平之间存在一定的矛盾性。阵列设计的目的就是优化阵列单元布置，使其性能指标在待测频率范围内均满足要求。
[0003]阵列的优化设计必须处理好分辨率和旁瓣抑制水平这两个性能指标的协同优化关系，如果单独优化一个性能指标，则难以获得另一个性能指标也满足要求的优化结果。现有的阵列优化设计方法通常都是以旁瓣抑制水平作为目标函数进行优化，未考虑到阵列的分辨率指标，无法获取最优阵列。
[0004]而对于闭口风洞噪声测量，麦克风阵列安装位置、口径以及形状均受到了风洞安装的条件的限制，对阵列设计提出了新的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的技术解决问题是:克服现有方法的不足，提供了一种应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法，该方法针对闭口风洞气动噪声测量对麦克风阵列的需求，在满足闭口风洞中阵列安装条件的情况下，以对阵列旁瓣抑制水平的需求为约束条件，以阵列分辨率为目标函数，利用模拟退火法，优化阵列单元坐标，获取分辨率和旁瓣抑制水平均满足需求的阵列单元布置。
[0006]本发明的技术解决方案是:一种应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法，包括下列步骤:
[0007](I)随机生成一个麦克风阵列，利用该阵列初始化麦克风阵列单元坐标，初始化模拟退火法温度T及k=l ;
[0008](2)判断步骤(I)中的阵列是否符合闭口风洞约束条件，不符合约束条件则跳到步骤(4)，否则转步骤(3)；
[0009](3)计算阵列的旁瓣抑制水平，判断是否满足旁瓣抑制水平的判据，对满足旁瓣抑制水平要求的阵列，接受为新阵列，跳到步骤(5)，否则跳到步骤(4)；
[0010](4)在原阵列邻域内随机生成一个新阵列，跳到步骤(2)；
[0011](5)计算新阵列的分辨率，判断新阵列的分辨率是否优于旧阵列，如果更优则接受新阵列，否则计算接受概率，接受概率大于给定值则接受新阵列转步骤(6)，否则跳到步骤(4)；[0012](6)判断已接受的阵列的分辨率是否达到终止条件，达到终止条件则输出当前阵列单元坐标，优化结束，否则降低模拟退火法温度，令k:=k+l，:=代表赋值运算，重复步骤
(4)开始下一个循环。
[0013]所述步骤(3)中的阵列旁瓣抑制水平与分析频率有关，只判断最大分析频率下的旁瓣抑制水平是否满足要求。
[0014]所述步骤(3)中阵列旁瓣抑制水平的判据MSLd在迭代前期大于规定值SNR，迭代过程中随着模拟退火法温度Tk的降低逐步减小，在Tk ( Td时达到规定值SNR，其公式为
【权利要求】
1.应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法，其特征在于包括下列步骤: (1)随机生成一个麦克风阵列，利用该阵列初始化麦克风阵列单元坐标，初始化模拟退火法温度T及k=l ; (2)判断步骤(1)中的阵列是否符合闭口风洞约束条件，不符合约束条件则跳到步骤(4)，否则转步骤(3)； (3)计算阵列的旁瓣抑制水平，判断是否满足旁瓣抑制水平的判据，对满足旁瓣抑制水平要求的阵列，接受为新阵列，跳到步骤(5)，否则跳到步骤(4)； (4)在原阵列邻域内随机生成一个新阵列，跳到步骤(2)； (5)计算新阵列的分辨率，判断新阵列的分辨率是否优于旧阵列，如果更优则接受新阵列，否则计算接受概率，接受概率大于给定值则接受新阵列转步骤(6)，否则跳到步骤(4); (6)判断已接受的阵列的分辨率是否达到终止条件，达到终止条件则输出当前阵列单元坐标，优化结束，否则降低模 拟退火法温度，令k: =k+l，:=代表赋值运算，重复步骤(4)开始下一个循环。
2.根据权利要求1所述的应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法，其特征在于:所述步骤(3)中的阵列旁瓣抑制水平与分析频率有关，只判断最大分析频率下的旁瓣抑制水平是否满足要求。
3.根据权利要求1所述的应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法，其特征在于:所述步骤(3)中阵列旁瓣抑制水平的判据MSLD在迭代前期大于规定值SNR，迭代过程中随着模拟退火法温度Tk的降低逐步减小，在Tk ( Td时达到规定值SNR，其公式为
4.根据权利要求1所述的应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法，其特征在于:所述步骤(4)中在原阵列邻域内随机生成新阵列的方法是:Xi=xk_1i+Random.r.L,其中:Random为O到I之间的随机数，r为随机方向的单位矢量，L为邻域半径。Xi为生成新阵列的平面坐标矢量为k-Ι步阵列的平面坐标矢量。
5.根据权利要求1或4所述的应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法，其特征在于:所述的邻域半径随着模拟退火法温度的降低而减小，计算公式为X = y/,,^ Ltl代表预设的邻域初始半径。
6.根据权利要求1所述的应用于闭口风洞气动噪声测量的麦克风阵列优化设计方法，其特征在于:所述步骤(5)中的阵列分辨率与分析频率有关，只判断最小分析频率下的分辨率是否满足要求。
【文档编号】G01H17/00GK103487135SQ201310446754
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】周家检, 郝璇, 陈大斌, 张卫民 申请人:中国航天空气动力技术研究院