专利名称：一种非稳态声场分离方法
技术领域：
本发明涉及物理专业中噪声类领域声场分离方法。
技术背景
在实际工程中，目标声源位于测量面的一侧，而在测量面的另一侧往往存在干扰声源，这些干扰声源所产生的声场影响了对目标声源所辐射声场的准确测量，因此需要采用一定的声场分离方法将干扰声源的影响从测量结果中分离出来。到目前为止，国内外学者已提出多种声场分离方法，这些方法可大致分为五类一是基于空间傅里叶变换法 (SFT)的声场分离技术G. V. Frisk等在1980年首次提出采用SFT法间接测量海洋底面的反射系数，并建立了基于SFT法的双面声场分离理论；M. Tamura于1990年将G. V. Frisk等提出的方法用于测量斜入射时材料的反射系数；Μ. T. Cheng等对M. Tamura提出的方法进行了推广，建立了柱面坐标下的双测量面声场分离公式，并用于实现散射声场的分离。二是基于统计最优近场声全息(SONAH)的声场分离技术J. Hald在对SONAH研究的基础上，提出了基于双全息面声压测量的统计最优声场分离技术；F. Jacobsen等在J. Hald提出的方法的基础上，提出了基于声压和速度测量的统计最优声场分离技术。三是基于球面波叠加的声场分离方法1956年，J. Pachner采用球面波叠加法实现了任意波场中行波和驻波声场的分离；G. Weinreich等在1980年对J. Pachner提出的方法作了进一步改进，建立了基于双球面测量的声场分离理论。四是基于边界元法(BEM)的声场分离技术C. Langrenne等在2007年提出一种基于边界元法的双面声场分离方法；随后，E. G. Williams等在2008年提出一种基于逆边界元法和声压速度测量(Cauchy数据)的声场分离方法。五是基于等效源法的声场分离技术C. Χ.Β 提出的基于等效源法的声场分离技术，适用于任意形状测量面，且计算稳定性好、计算精度高。但是，上述声场分离方法都仅仅考虑了稳态声场，仅实现了声场在空间域的分离。当目标声源和干扰声源辐射的声场是非稳态时，既需要实现声场在空间域的分离，也需要实现声场在时域的分离，因此上述声场分离方法将不再适用。发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种非稳态声场分离方法，既实现声场在空间域的分离，又实现声场在时域的分离。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是
本发明非稳态声场分离方法的特点是对于同时存在目标声源M。和干扰声源Md，目标声源M。和干扰声源Md均辐射非稳态的声压信号的被测声场，在所述被测声场中布置一个与测量面S1平行、且相隔距离为△ ζ的辅助测量面&，同步测量辅助测量面&与测量面S1 上的声压时域信号；将测量面S1和辅助测量面&上的声压时域信号分别进行二维空间傅里叶变换获得其声压波数谱；利用所述声压波数谱和时域脉冲响应函数，并通过解卷运算分离出只有目标声源M。在测量面S1I所辐射的声压波数谱；对分离出的声压波数谱进行二维空间反傅里叶变换，从而获得测量面S1上只有目标声源M。所辐射的时域信号。
本发明方法的特点按如下步骤进行
步骤a、同步测量测量面S1和辅助测量面&上的声压时域信号
在由目标声源M。和干扰声源Md构成的非稳态被测声场中，位于目标声源M。和干扰声源Md之间有测量面S1，在测量面S1与干扰声源Md之间设置一个与测量面S1平行、且相隔距离为Δ ζ的辅助测量面& ；在测量面S1与辅助测量面&上分别均勻分布M个测量网格点，同步测量辅助测量面&与测量面S1上各个网格点处的声压时域信号；所述Δζ的取值大于零，且不大于测量网格点的间隔。
步骤b、对测量面S1与辅助测量面&上的声压时域信号分别进行二维空间傅里叶变换获得声压波数谱，变换过程为_0] Pikx , ，Z1, 0 = ￡￡ P(x,y, Z1, t)eKk^y)dxdy(11)
P(kx, ky, z2, 0 = ￡￡>(·^，^tyiKx+kyy)dxdy(12)
在式(11)和式(12)中
j表示虚数单位；kx、ky分别为x、y方向的波数分量；
Z1, Z2分别为测量面S1、辅助测量面&的ζ方向的空间坐标；
ρ (x, y，Z1, t)为测量面S1上的声压时域信号；
ρ (x, y，z2, t)为辅助测量面&上的声压时域信号；
P(kx，ky，Z1, t)为测量面S1上的声压波数谱；
P(kx，ky，z2, t)为辅助测量面&上的声压波数谱；
步骤C、建立测量面S1与辅助测量面&上的声压波数谱、时域脉冲响应函数、目标声源M。在测量面S1上所辐射的声压波数谱之间的传递关系
P(kx, ky, Z1, t)-P(kx, ky, z2, t)*h(kx，ky, Δζ, t)
= P0(kx，ky，Z1, t)*[ δ (t)-h(kx，ky，Δζ，t)*h(kx，ky，Δζ，t)] (13)
式(13)中
“*”表示卷积运算；
δ (t)为已知的 Dirac delta 函数；
h(kx，ky, Δ ζ, t)为已知的时域脉冲响应函数；
P0 (kx, ky，Z1, t)为目标声源M。在测量面S1上所辐射的声压波数谱，为待求量；
步骤d、通过解卷运算分离出只有目标声源M。在测量面S1上所辐射的声压波数谱 P。(kx，ky，Z1, t)，其解卷过程如下
P=B1A(14)
式(14)中
A= [A(I^lvt1) A (kx，ky，t2) Λ A(kx，ky，tN)]T(15)
P0 = [P0 (kx, ky, Z1, ti) P0 (kx, ky, Z1, t2) A P0 (kx, ky, Z1, tN)]T (16)
权利要求
1.一种非稳态声场分离方法，其特征是对于同时存在目标声源M。和干扰声源Md，目标声源M。和干扰声源Md均辐射非稳态的声压信号的被测声场，在所述被测声场中布置一个与测量面S1平行、且相隔距离为△ ζ的辅助测量面S2,同步测量辅助测量面&与测量面S1上的声压时域信号；将测量面S1和辅助测量面&上的声压时域信号分别进行二维空间傅里叶变换获得其声压波数谱；利用所述声压波数谱和时域脉冲响应函数，并通过解卷运算分离出只有目标声源M。在测量面S1上所辐射的声压波数谱；对分离出的声压波数谱进行二维空间反傅里叶变换，从而获得测量面S1上只有目标声源M。所辐射的时域信号。
2.根据权利要求1所述的非稳态声场分离方法，其特征是按如下步骤进行 步骤a、同步测量测量面S1和辅助测量面&上的声压时域信号在由目标声源M。和干扰声源Md构成的非稳态被测声场中，位于目标声源M。和干扰声源Md之间有测量面S1，在测量面S1与干扰声源Md之间设置一个与测量面S1平行、且相隔距离为△ ζ的辅助测量面& ；在测量面S1与辅助测量面&上分别均勻分布M个测量网格点， 同步测量辅助测量面&与测量面S1上各个网格点处的声压时域信号；所述△ ζ的取值大于零，且不大于测量网格点的间隔；步骤b、对测量面S1与辅助测量面&上的声压时域信号分别进行二维空间傅里叶变换获得声压波数谱，变换过程为
3.根据权利要求1所述的非稳态声场分离方法，其特征是所述各网格点上的声压时域信号是采用双传声器阵列在两测量面上一次快照获得。
4.根据权利要求1所述的非稳态声场分离方法，其特征是所述测量面S1和辅助测量面 &均为平面。
5.根据权利要求1所述的非稳态声场分离方法，其特征是所述干扰声源Md为噪声源、 反射源或散射源。
全文摘要
本发明公开了一种非稳态声场分离方法，其特征是对于同时存在目标声源Mo和干扰声源Md，并且均辐射非稳态的声压信号的被测声场，在被测声场中布置一个与测量面S1平行、且相隔距离为Δz的辅助测量面S2，同步测量辅助测量面S2与测量面S1上的声压时域信号；并将声压时域信号分别进行二维空间傅里叶变换获得其声压波数谱；利用声压波数谱和时域脉冲响应函数，并通过解卷运算分离出只有目标声源Mo在测量面S1上所辐射的声压波数谱；对分离出的声压波数谱进行二维空间反傅里叶变换，最终获得测量面S1上只有目标声源Mo所辐射的声压时域信号。本发明方法既可以实现声场在空间域的分离，也可以实现声场在时域的分离，特别适用于非自由声场环境下非稳态声场的分离。
文档编号G01H17/00GK102494755SQ20111040225
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者张小正, 张永斌, 徐亮, 毕传兴 申请人:合肥工业大学