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基于波束形成技术的噪声源识别与声场可视化研究

张金圈  
【摘要】: 波束形成技术是一种先进的噪声源识别、定位以及空间声场可视化的声学前沿技术,适用于中高频率的大尺寸声源识别和中长距离的测量,可以用于稳态声源、非稳态声源以及缓慢运动的声源,并且用较少的传声器可以获得较高的分辨率。波束形成技术采用传声器阵列测量空间辐射声场信息,基于阵列的指向性原理,对物体表面的声源分布进行预测,找到主要噪声源的位置,并得到辐射声场的主要特征。全文主要内容概括如下: 第一章探讨了波束形成技术的研究意义,回顾了波束形成技术的发展历史和研究现状,指出了波束形成技术在噪声源识别定位领域的应用前景,明确了本文需要解决的关键问题,确立了本论文的主要研究内容。 第二章实现了延迟求和方法用于远场声源和近场声源的理论推倒,并且在传统平面网格阵列的基础上,提出一种优化的新型多层立体网格阵列。该阵列实现方式简单方便,阵列性能表现稳定可靠,在不增加传声器数目的同时,解决了远场声源入射中困扰人们的虚影问题,并提高了对近场声源的识别效果。 第三章为克服延迟求和波束形成分辨率过低的问题,将空间谱估计引入噪声源的识别定位领域,实现了对空间声源信号的超分辨率估计。此外,针对由混叠产生的伪声源问题,根据伪声源的不稳定性,提出一种分辨真实声源和伪声源的方法,准确地识别出远场声源的实际入射方向。 第四章在延迟求和方法的基础上,提出一种自适应加权系数选择方法,建立了适用于超近场声源的自适应波束形成算法。该方法通过合理选择加权系数,可有效增强目标声源信号,减弱干扰噪声信号的影响,有效地解决了传统方法用于超近场声源时分辨率过低、不能准确进行声场预测的问题。 第五章针对实际测量中存在的背景干扰噪声问题,提出了用于波束形成技术的基于声压-声压、声压-振速及三维声强测量的单/双面声场分离方法。该方法有效地排除了背景干扰源的影响,实现了对目标声源的分离和精确预测,拓宽了波束形成技术的适用范围。数值仿真以及对实际音箱源的实验研究验证了本文方法的有效性。 第六章总结了本文的主要研究成果,并指出了需进一步研究和解决的问题。


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