一种基于质点振速的部分场分解方法

技术领域

本发明涉及非完全相干声场的分解技术，尤其是涉及一种基于质点振速的部分场 分解方法。

背景技术

近场声全息技术是一种非常有效的噪声源识别和声场可视化技术，但该技术仅能 适用于完全相干声场。然而在实际工程中，待研究的声场往往是非完全相干声场，通常需要 借助多参考源互谱测量方法将非完全相干声场分解成若干个独立的部分场，使得每个部分 场都是完全相干声场，从而采用近场声全息技术对每个部分场分别进行研究。

目前，已有很多文献对部分场分解方法进行了研究，发展了不同的算法，比如基于 奇异值分解和主谱能量分析技术的虚相干法，基于偏相干函数的偏相干法，并将其应用扩 展至非平稳声场、循环平稳声场以及柱面坐标下的气动声学声场。但是，这些研究都选择声 压作为参考。由于声压衰减慢，不能很好地感应和区别不同的潜在声源，导致部分场分解不 彻底，一定程度上限制了部分场的分解精度。虽然，有文献选用了声压梯度作为参考，对部 分场的分解精度有所提高，但声压梯度是通过两个传声器测量声压，并结合有限差分近似 法而获得的，导致该方法的分解精度依赖于两传声器之间的距离，且增加了测量工作和计 算难度。

所以，现有的部分场分解方法有两个缺陷和不足：(1)声压衰减慢，限制了基于声 压参考的部分场分解方法的分解精度；(2)采用双传声器测量，获得精确的声压梯度成本较 高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于质点振速的部分场分解方 法，解决现有技术中基于声压信号的部分场分解方法的分解精度低、分解成本高的技术问 题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种基于质点振速的部分场分解方 法，包括如下步骤：

(1)在非完全相干声场的的多个不相干声源附近分别一一对应布置多个质点振速 传感器，获取多个质点振速传感器形成的质点振速信号，设定非完全相干声场中有多个测 量场点；

(2)对每个质点振速传感器检测的质点振速信号及每个测量场点的场点声压信号 进行取样，并将所有的质点振速信号与其中一个测量场点的场点声压信号进行有序排列；

(3)计算有序排列的多个信号的初始条件谱，相继消除有序排列的多个信号中的 部分信号的线性作用，并计算迭代条件谱；

(4)计算有序排列的最后两个信号的条件自谱及其之间的条件互谱，并获取偏相 干函数；

(5)根据有序排列的最后两个信号的条件互谱和偏相干函数计算有序排列的最后 一个质点振速信号相对应的部分场在相对应的测量场点的声压；

(6)将所有的质点振速信号与其中一个测量场点的场点声压信号重新进行有序排 列，重复步骤(3)～(5)，计算任一质点振速信号相对应的部分场在任一测量场点的声压。

优选的，所述不相干声源和质点振速传感器均为N个，非完全相干声场中的测量场 点为M个，M、N均为自然数，则：

v＝[v1,…,vn,…vN]T (1)

p＝[p1,…,pm,…pM]T (2)

其中，v为质点振速信号，vn为第n个质点振速传感器测量的质点振速信号，T为转 置，p为测量场点的场点声压信号，pm为第m个测量场点的场点声压信号。

优选的，所述步骤(2)中取样次数k，并采用第m个测量场点的场点声压信号进行有序排列，则有序排列顺序为：且其中，是第n个质点振速信号的第k次采样，是第m个场点声压信号的第k次采样。

优选的，所述步骤(3)中初始条件谱和迭代条件谱的计算公式分别为：

其中，Sij为N+1个信号的初始条件谱，vi(k)为第i个质点振速信号的第k次采样，vj(k)为第j个质点振速信号的第k次采样，H为共轭转置，Sij·a！为消除前a个有序排列信号的线 性作用后的第i个质点振速信号和第j个质点振速信号的迭代条件谱，Sij·(a-1)！为消除前a-1 个有序排列信号的线性作用后的第i个质点振速信号和第j个质点振速信号的迭代条件谱， Saj·(a-1)！为消除前a-1个有序排列信号的线性作用后的第a个质点振速信号和第j个质点振 速信号的迭代条件谱，Saa·(a-1)！为消除前a-1个有序排列信号的线性作用后的第a个质点振 速信号和第a个质点振速信号的迭代条件谱，Sia-(a-1)！为消除前a-1个有序排列信号的线性 作用后的第i个质点振速信号和第a个质点振速信号的迭代条件谱，且i,j＞a。

优选的，所述步骤(4)中取a＝N-1时，则偏相干函数的计算公式为：

其中，为偏相干函数，SNN·(N-1)！为第N个质点振速信号的条件自谱，S(N+1)(N+1)·(N-1)！为第N+1个质点振速信号的条件自谱，SN(N+1)·(N-1)！为第N个质点振速信号和第N+1个质点振速信号之间的条件互谱。

优选的，第N个质点振速信号相对应的第N个部分场在第m个测量场点的声压的计 算公式为：

其中，为第N个质点振速信号相对应的第N个部分场在第m个测量场点的声压，且当m依次取1,2,…,M，则可得到第N个质点振速信号相对应的第N个部分场在1,2,…,M个测量场点的声压

与现有技术相比，本发明采用质点振速传感器测量的质点振速信号作为参考，由 于质点振速衰减快，其能够更好的感应和区别不同的潜在声源，进而提供部分场的分解精 度，且直接测量质点振速避免了额外计算，其有利于提高质点振速获取的便捷性和准确率。