[发明专利]一种采用稀疏测量的声场分离方法

说明书

本发明涉及一种采用稀疏测量的声场分离方法，属于声学技术领域。其特征在于：在多个待分离声场的声源之间设置两个测量面，使用随机稀疏阵列测得测量面上的声压信号，在测量面两侧各布置一个等效声源面，等效声源面上布置有点声源，结合等效源原理与波叠加原理将声压信号与点声源进行拟合，形成拟合声场；根据压缩感知理论通过奇异值分解获取拟合声场声压向量的稀疏基，并建立声场分离模型；将测量到的声压信号和拟合声场声压向量的稀疏基代入声场分离模型，通过稀疏正则化方法求得稀疏基的权重系数，从而分别得出测量面两侧声源产生的声场，实现声场分离。本发明只需较少的测量点即可对声源进行声场分离，有较高的分离精度和空间分辨率。

技术领域

本发明涉及一种采用稀疏测量的声场分离方法，属于声学技术领域。

背景技术

声场分离技术在散射声计算、反射系数测量以及非自由声场中的声场重建等领域都具有广泛的应用。目前声场分离技术主要有：于飞等提出的基于空间二维傅里叶变换的声场分离技术、J.Hald等提出的基于的统计最优声场分离技术、F.Jacobsen等提出的镜像法声场分离技术等。但这些声场分离方法大都需要两个测量面或是单个测量面上的声压和质点振速，且其分辨率受到采样定理限制，测量成本较高。宋玉来等和毛锦等分别提出的单测量面声压测量的声场分离技术在一定程度上减少了测点，但这两种方法都需要预知声源的大概位置，影响了其使用范围。

发明内容

本发明基于压缩感知理论提出一种采用稀疏测量的声场分离方法，该方法用一组稀疏正交基表示叠加的声场，并通过稀疏正则化方法获取权重向量的稀疏解，可以在较少测点的基础上实现声场的分离。

技术方案如下：

一种采用稀疏测量的声场分离方法，在多个待分离声场的声源之间设置两个测量面，使用随机稀疏阵列测得测量面上的声压信号，在测量面两侧各布置一个等效声源面，等效声源面上布置有点声源，结合等效源原理与波叠加原理将声压信号与点声源进行拟合，形成拟合声场；根据压缩感知理论通过奇异值分解获取拟合声场声压向量的稀疏基，并建立声场分离模型；将测量到的声压信号和拟合声场声压向量的稀疏基代入声场分离模型，通过稀疏正则化方法求得稀疏基的权重系数，从而分别得出测量面两侧声源产生的声场，实现声场分离。

进一步地，声压信号与点声源进行拟合是将同在一侧的等效声源面与测量面之间定义一个虚拟边界面，虚拟边界面与等效声源面之间的距离为δ，利用等效声源面上各点声源以及虚拟边界面上各离散点的坐标信息，依据波叠加原理构造等效声源面与虚拟边界面之间的传递矩阵。

更进一步地，拟合声场的传递矩阵进行奇异值分解后，声源在虚拟边界面上产生的声压能用传递矩阵的左奇异矩阵的列向量张成的空间表示，传递矩阵的左奇异矩阵即为声源在虚拟边界面上产生的声压向量的一组稀疏基。

进一步地，稀疏测量的方法采用如下步骤：

步骤1：在声源附近设置测量面H₁和H₂，采集两个测量面H₁和H₂上的声压信号，测量面H₁和H₂上的声压可表示为P_H1＝P₁₁+P₂₁、P_H2＝P₁₂+P₂₂；其中P₁₁和P₂₁分别表示声源1和声源2在测量面H₁上产生的声压；P₁₂和P₂₂分别表示声源1和声源2在测量面H₂上产生的声压。