[发明专利]一种锥面声源统计近场声全息方法

说明书

本发明公开了一种锥面声源统计近场声全息方法，利用与壳体结构装备共形的测量面获取全息声压数据，在统计最优柱面近场声全息理论方法的基础上，通过柱面‑锥面坐标变换，直接通过空间域全息面上复声压的线性叠加来计算锥形壳体结构装备辐射声场，填补了近场声全息技术在锥面声源中的应用空白，展示了其在低频噪声分析中的有效性，适用于锥形壳体结构水下兵器，从而为锥形壳体结构装备的声隐身性能评估提供了理论基础，具有重要的理论意义及工程应用价值。适用于主要处于低频振动噪声的锥形壳体结构装备的辐射声场重构，将锥形壳体结构装备辐射声场以可视化的方式显示出来，从而可以直观看出辐射声场的大小及分布情况。

技术领域

本发明属于机械结构声辐射信号处理领域，特别涉及一种锥面声源统计 近场声全息方法。

背景技术

作为海军作战装备，水下航行器的续航力大，机动性强，独立作战能力 强，但其产生的噪声波在海水中可传递至数百海里，易被地方探测，严重削 弱了其声隐身性能，降低了其作战性能。因此，提高其声隐身性能是保证其 安全性和作战能力关键。目前，首要解决的技术问题是获得水下航行器辐射 声场，以实现对其隐身性能的精确评估。但对于内部声源繁多、传播路径复 杂的水下航行器壳体装备，难以对其声隐身性能进行精确评估。当前，普遍 利用装备有高精度固定式测量分析系统的水声试验场测试评估水下航行器声 隐身性能，然而，水声试验场选址要求极高、技术复杂且成本高昂。

近场声全息(Nearfield Acoustic Holography，NAH)是一种非常有效 的噪声源识别、定位与声场可视化方法，是通过近场测试获取足够多低空间 频率传播波和高空间频率倏逝波成分重建出分辨率不受分析波长限制的高精 度全息图像和丰富空间声场信息。然而传统NAH是通过空间二维傅立叶变换 来实现解卷积运算得到重建面声压，在全息计算过程中会带来窗效应和卷绕 误差，因而要求测试孔径面积至少为声源面积两倍，对于大尺寸锥形壳体结 构装备，满足NAH要求的精确测试很难实现。除此，在水下航行器低速航行时，机械设备振动噪声为主要噪声，其声源位于锥形结构，然而在目前的NAH 研究中，还未出现锥面声源辐射声场重构的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锥面声源统计近场声全息方法，以克服现有 技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锥面声源统计近场声全息方法，包括以下步骤：

步骤1)，获取待测锥形结构外侧全息声压数据；

步骤2)，通过柱面-锥面坐标变换，构造适用于锥面声源的单元面波；

步骤3)，利用Nyguist采样定理选择声波波数矢量，选取的单元面波包 含锥形面所有全息声压数据；

步骤4)，采用标准Tikhonov正则化方法，使用基于后验准则的广义交 叉验证(GCV)选取正则化参数；

步骤5)，利用步骤4)标准Tikhonov正则化结合GCV方法求取叠加系数 矩阵；

步骤6)，将锥形壳体结构装备表面声压表示为共形测量面声压的线性叠 加，获得锥形壳体结构装备辐射声场。

进一步的，使用与锥形壳体结构装备表面共形的测量面，布置声压传感 器，获取高效的全息声压数据。

进一步的，使用传声器测量声场全息声压数据，采用锥面统计最优近场 声全息算法采集全息声压数据。

进一步的，步骤2)中，通过柱面-锥面坐标变换，采用分离变量法求解 Helmholtz方程，得到空间任意点处的复声压，其过程如下：

首先，得到稳态声波场Helmholtz方程在柱面坐标系下的行波解为