[发明专利]一种基于平面测试的圆柱壳体声场分步组合重构方法

说明书

本发明公开了一种基于平面测试的圆柱壳体声场分步组合重构方法，通过建立与待测圆柱壳体声源共形的最佳中间转换面，在统计最优近场声全息理论基础上，合理选取平面波函数一次重构总体重构误差最小的共形转换面，利用统计最优平面近场声全息将平面测试声压数据转换到圆柱共形转换面，再利用统计最优柱面近场声全息利用转换面声压求取圆柱声源声压，结合了平面波函数对全息面测试要求较简单和柱面波函数对圆柱型壳体结构声场重构精度更高的特点，突破了传统方法中要求全息面与声源面共形从而导致数据采集困难的限制，实现圆柱壳体结构声场高精度重构，提高了圆柱壳体结构的重构精度，解决了实际测试中与壳体结构共形的全息面难以布置的问题。

技术领域

本发明属于机械结构声辐射信号处理领域，特别涉及一种基于平面测试的圆柱壳体声场分步组合重构方法。

背景技术

高端装备一般对设备振动和噪声具有极高的要求，其中圆柱型壳体结构在大型高端装备中极为常见，飞机、火箭、水下航行器等高精尖装备更是以圆柱型壳体结构为主体。而圆柱型壳体结构装备减振降噪的首要条件就是准确获取机械结构辐射声场。统计最优近场声全息(Statistical optimal near-field acoustic holography，SONAH)是一种典型的获取声源声场的方法，尤其针对大型机械结构，可以利用较小测试孔径的全息面进行声场测试，再利用相应算法实现大型机械结构的声场重构，进而获取可用于减振降噪分析的声场信息。

然而，当前的统计最优近场声全息通常采用与被测声源面形状一致的全息面进行数据测试。而针对大型圆柱型壳体结构装备，满足传统统计最优近场声全息需要圆柱形状全息面包裹被测声源，且需保证两者同轴。实际测试中，全息面与声源面的同轴度和共形情况难以保证，由此会产生较大的测试误差。目前的重构方法中单一的平面波函数方法重构圆柱型声源精度较低，而单一的柱面波函数方法对全息面严格共形的要求极高，在实际运用中难以获取准确的全息面信息，均无法重构准确的声源声场。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于平面测试的圆柱壳体声场分步组合重构方法，以克服现有统计最优近场声全息实际运用中测试方法导致声场重构精度不足的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于平面测试的圆柱壳体声场分步组合重构方法，包括以下步骤：

步骤1)，建立与待测圆柱壳体声源共形的最佳中间转换面；

步骤2)，基于平面测试声场信息，利用统计最优平面近场声全息获取中间转换面的声压信息；根据中间转换面的声压信息，利用统计最优柱面近场声全息求取声源声场，完成声源声场重构。

进一步的，取平面全息面各点垂直于平面全息面的方向为各点重构方向，统计最优近场声全息重构声场，取中间转换面与平面全息面相交时的位置为最佳中间转换面，即其中zh表示声源圆截面方向上平面全息面距离声源中心的位置，r表示声源圆截面半径。

进一步的，基于单向自由空间中任意点处的声压可以表示为无限多阶的从声源面产生并传播至此的单元平面波的叠加实现统计最优近场声全息重构声场。

进一步的，选取圆柱转换面满足各点总体重构距离最小，即可获得使一次重构总体误差最小的最佳中间转换面。

进一步的，最小二乘法求取使得各点重构距离总体最小的中间转换面位置，从而获取使得一步重构总体误差最小的与圆柱壳体声源共形的最佳中间转换面位置。

进一步的，最小二乘法即利用数据间误差平方和最小求解数据匹配最佳函数，定义柱声源轴向方向与直角坐标系x轴方向平行，圆截面投影内声源中心为原点，平面全息面投影直线与z轴平行，则最小二乘法求解即为：

其中，yh表示柱声源横截面平面全息面距声源中心距离，r表示共形转换面半径，z_i表示柱声源横截面平面全息面的各阵列点z方向的坐标。