[发明专利]一种基于多波束陷落波束偏转的宽容性声场定向调控方法

说明书

本发明公开了一种基于多波束陷落波束偏转的宽容性声场定向调控方法。该方法首先进行被控制声源声场信息采集，利用采集的信息进行源声场重构；然后基于线性约束最小方差技术改进并构建目标函数，通过求解目标函数最优化问题获得调控权向量，经驾驶到主动控制源后实现声场定向调控。本发明将被控制声源视作一个发射声源，与主动控制声源组成“联合发射阵”，通过将拟抑制方向附近多个角度均设定为干扰信号方向，从而实现在该方向及相邻角度多列声波干涉下能量抑制的最大化，提升波束偏转算法的宽容性。本发明在声场调控领域具有潜在应用价值。

技术领域

本发明属于水下声场调控领域，尤其涉及一种基于多波束陷落波束偏转的宽容性声场定向调控方法。

背景技术

随着噪声控制技术的发展，针对低频、局部声场的控制日益受到重视。部分技术在汽车噪声控制、耳机有源消声等领域已日趋成熟，在水下隐身领域的研究也日益受到关注。

声场线性调控技术通常通过预设主动控制声源的幅值、相位及频率，利用主动控制声源与被控制声源的声场干涉效应，达到削弱被控制声源局部声场强度的目的。由于常规的平面波声场干涉技术无法实现特定方向能量抑制的最大化，而基于最佳波束形成的波束偏转方法在解决上述问题的基础上带来了算法宽容性较差的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种改进的基于多波束陷落波束偏转的宽容性声场定向调控方法。本发明基于平面波线性约束最小方差波束形成原理，通过调控主动控制源的幅度和相位，实现被控制源特定方向声场强度的宽容性抑制。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于多波束陷落波束偏转的宽容性声场定向调控方法，用于声场定向调控实现声能量重新分配，包括如下步骤：

1)被控制声源声场信息采集：

首先，通过布设于声场采集区的水听器阵接收被控制声源的声压信号，根据接收到的信息提取被控制声源的频率、幅度和相位信息等，并根据近远场声传播特性，将被控制声源按照点源重构为s₀(t)。

2)定向声场多波束陷落调控：

将主动控制声源及被控制声源组成“联合发射阵”。设主动控制声源数量为M，根据各主动控制声源与重构的被控制声源的位置关系，在远场平面波条件下，“联合发射阵”中各声源的阵列响应向量表示为：

其中，j为虚数单位，π为圆周率，上标H为共轭转置运算符，τ_m(φ)为第m(m＝1,2,...,M)个主动控制声源在方位角为φ时相对被控制声源的时延。

声场的定向调控通过对“联合发射阵”中各主动控制声源的发射信号进行线性加权实现。设加权向量记为c＝[c₀,c₁,c₂,...,c_M]^H，其中c₀为被控制声源的加权系数，为除被控制声源外第m个主动控制源的加权系数，其中A_m为第m个主动控制源的幅度加权值，t_m为第m个主动控制源相对被控制声源的发射时延。线性加权后，远场φ方向的声压信号y(t)＝c^Hv(φ)s₀(t)。

在进行声场的宽容性定向调控时，为实现拟抑制方向φ_i与相邻方向φ_i±Δφ能量最小化，通过求解如下多约束目标函数优化问题实现，即：

其中，Δφ则表示拟抑制方向邻近角度范围，c₀＝1表示对应的被控制源权系数不可调控。

求解公式(2)的优化问题，最终确定最优加权向量为：