CN112834023B - 一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法 - Google Patents

一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112834023B
CN112834023B CN202110011851.6A CN202110011851A CN112834023B CN 112834023 B CN112834023 B CN 112834023B CN 202110011851 A CN202110011851 A CN 202110011851A CN 112834023 B CN112834023 B CN 112834023B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sound
field
space
sound field
sound source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110011851.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112834023A (zh
Inventor
何呈
芮超群
靳宇航
仲嘉维
杨宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Science and Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Science and Technology filed Critical Jiangsu University of Science and Technology
Priority to CN202110011851.6A priority Critical patent/CN112834023B/zh
Priority to PCT/CN2021/073048 priority patent/WO2022147857A1/zh
Publication of CN112834023A publication Critical patent/CN112834023A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112834023B publication Critical patent/CN112834023B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法，首先，对空间中的待测点M处放置的无指向性声源，于空间V0上得到声场分布pM(x0，y0，z0)；其次，在空间V0近场位置设置收发合置换能器阵L，L在权系数函数q(xL，yL，zL)作用下发生声波，于空间V0得到声场分布为pL(x0，y0，z0)；然后，调整权系函数q(xL，yL，zL)，使pL(x0，y0，z0)＝pM(x0，y0，z0)，且
Figure DDA0002885319640000011
最后，将任意待测声源放入空间V0，以权系函数q(xL，yL，zL)对收发合置换能器L接收到的声辐射信号加权，即可得到得到声源在M的辐射声场，完成预测。本发明所采用获取方法可对空间任意点声源进行测量计算，不需要声源外形几何信息，准确度高、误差低，适用于非自由场条件。

Description

一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法
技术领域
本发明涉及一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法，属于声场测试计量领域领域。
背景技术
水声测试计量技术的发展与水声装备的发展密切相关，水声量值参数的准确，不仅关系到水声装备技术性能的优劣和质量的高低，而且也关系到水声科学研究的准确性。
由于水声研究通常涉及到很大空间尺度的范围，研究也往往只关注与自由场中声源的远场特性。现有技术中心通常采用近场声全息(Near-field Acoustic Holography,NAH)技术获得源面的声场，然后根据自由场中远场与源面的格林函数，预测声源的远场声场。此过程中经历了两次声场预测，易产生误差且将误差进一步放大，影响测量计算结果的准确性。并且，源面的几何精度是近场声全息的重要因素，近场声全息首先需要准确的源面几何信息，其次当声源结构间存在互相遮挡时，源面与全息面的声场格林函数复杂，尤其对于非凸几何体声源，涉及到复杂的多位散射问题。在面对大尺寸声源类非自由声场时，近场声全息的应用更加贴近工程实际，但又带来了如何在非自由场中分离声场从而模拟出目标声源的自由场的问题。
发明内容
发明目的：本发明目的在提供一种无需源面的几何信息、无需对源面声场进行预测、适用于非自由场且通过单次预测得出空间内声源的辐射声场的基于近场变换的空间辐射声场获取方法。
技术方案：本发明所述的一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其包括以下步骤：
a)在空间中待测点M放置声源，于空间V0上得到声场分布pM9x0,y0,z0)；
b)在空间V0近场位置设置收发合置换能器阵L，L在权系数函数q9xL,yL,zL)作用下发生声波，于空间V0得到声场分布为pL9x0,y0,z0)；
c)调整权系函数q9xL,yL,zL)，使
Figure BDA0002885319620000011
d)将任意声源放入空间V0，以权系函数q(xL,yL,zL)对收发合置换能器L接收到的信号加权，得到声源在M的辐射声场。
进一步的，步骤a中放置的声源为无指向性声源。
所述步骤a中待测点M为空间内任一点，适用于空间任意点声源测量计算且不受声源外形所影响。
所述步骤b中收发合置换能器阵L垂直于水平方向设置。
所述收发合置换能器阵L包括至少一个收发合置换能器，在垂直方向均匀分布。
所述步骤c中调整权系函数后得到的声场pL(x0,y0,z0)与声源激发处声场pM9x0,y0,z0)一致。
所述步骤d中得到的辐射声场为辐射声通过观测空间后继续传播的声场。
所述步骤d中得到的辐射声场，进行旋转可得到声源的指向性。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明可应用于空间任意点声源的测量计算，不受声源的材质和所处运动状态影响，无需声源外形的几何信息；不对源面声场进行预测，避免了两次预测带来的误差；可应用于非自由场条件，克服了从非自由场中分离声场的难题；预测主体为通过观测空间后继续传播的声场而非源面的声场，不存在数学上的不适应情况。
附图说明
图1为本发明所述基于近场变换的空间辐射声场获取方法流程图；
图2为空间V0、收发合置换能器阵L和待测点M的布放示意图；
图3为收发合置换能器阵L在权系数q(xL,yL,zL)作用下激发的声场pL(x0,y0,z0)；
图4为图3声场的相位图；
图5为pL(x0,y0,z0)和pM(x0,y0,z0)的误差图；
图6为V0中产生的声源；
图7为声源的理论指向性图；
图8为通过本发明方法得到的声源指向性图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明所述基于近场变换的空间辐射声场获取方法，首先，对空间中的待测点M处放置的无指向性声源，于空间V0上得到声场分布pM(x0,y0,z0)；其次，在空间V0近场位置设置收发合置换能器阵L，L在权系数函数q(xL,yL,zL)作用下发生声波，于空间V0得到声场分布为pL(x0,y0,z0)；然后，调整权系函数q(xL,yL,zL)，使pL(x0,y0,z0)＝pM(x0,y0,z0),且
Figure BDA0002885319620000031
最后，将任意待测声源放入空间V0，以权系函数q(xL,yL,zL)对收发合置换能器L接收到的声辐射信号加权，即可得到得到声源在M的辐射声场，完成预测。
如图2所示，声源所在待测点M为空间任一点(xm,ym,zm)，所用声源为无指向性声源；收发合置换能器阵L位于空间V0靠近声源侧，垂直于水平方向设置。
以声源的辐射声获取为对象，应用本发明所述获取方法一实施例的实施过程如下：
(1)在浅海环境中设置由20个收发合置换能器组成的收发合置换能器阵L，位于声场水平0m位置，收发合置换能器在垂直方向上均匀分布；
(2)阵L在权系函数q(xL,yL,zL)作用下激发的声场pL(x0,y0,z0)，所得到的的声场辐射图如图3所示，其中中间平坦区域为空间V0；图4所示是图3的相位分布，可以发现空间V0区域的等相位面为平面；
(3)调整权系函数q(xL,yL,zL)，使空间V0中接收的，收发合置换能器阵L激发的声场与自由场无指向性点源(位于坐标(-0.1m，7.5m)处)激发的声场一致，误差如图5所示；
(4)此时的权系数为q＝0.0232+0.1170i，-0.0132+0.0566i，0.1508-0.1468i，0.0686+0.1118i，-0.0949+0.0428i，0.1827-0.0027i，0.1490+0.2937i，-0.0412+0.2409i，-0.0696+0.2323i，0.1504+0.5405i，0.1419+0.5167i，-0.0625+0.1920i，0.0071+0.1853i，0.1658+0.2531i，0.1705-0.0011i，-0.0848+0.0333i，0.0489+0.0925i，0.1509-0.0907i，-0.0153+0.0480i，-0.0253+0.1250i；
(5)将声源放入空间V0中，得到其辐射声场如图6所示；
(6)以步骤4中权系数处理正收发合置换能器的接收到的信号，得到声源在坐标点(-0.1m，7.5m)的声场；
(7)旋转声源，通过不同方向上的结果得到声源的指向性，如图8所示，与图7中理论结果基本一致，证明了本发明方法所得预测结果的高准确性和可靠性。
假设M处激发的声场pM的传播方向是(a，b)，则测量结果为声源在(-a，-b)方向上的结果。进一步，调整(a，b)可以得到不同方向上的结果，得到声源的指向性。
结合上述实施例，进一步佐证了本发明对空间任意点声源测量计算时，不受声源的材质、运动状态影响且不需要声源的几何外形信息；可直接对声场进行预测，不经历对源面声场的预测，降低了误差，准确度高的优点。

Claims (8)

1.一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)在空间中待测点M放置声源，于空间V0上得到声场分布pM(M0，y0，z0)；
b)在空间V0近场位置设置收发合置换能器阵L，L在权系数函数q(xL，yL，zL)作用下发生声波，于空间V0得到声场分布为pL(x0，y0，z0)；
c)调整权系函数q(xL，yL，zL)，使
Figure FDA0002885319610000011
d)将任意声源放入空间V0，以权系函数q(xL，yL，zL)对收发合置换能器L接收到的信号加权，得到声源在M的辐射声场。
2.根据权利要求1所述的基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，所述步骤a中放置的声源为无指向性声源。
3.根据权利要求1所述的基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，所述步骤a中待测点M为空间内任一点。
4.根据权利要求1所述的基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，所述步骤b中收发合置换能器阵L垂直于水平方向设置。
5.根据权利要求1或3所述的基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，所述收发合置换能器阵L包括至少一个收发合置换能器，在垂直方向均匀分布。
6.根据权利要求1所述的基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，所述步骤c中调整权系函数后得到的声场pL(x0，y0，z0)与声源激发处声场pM(x0，y0，z0)一致。
7.根据权利要求1所述的基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，所述步骤d中得到的辐射声场为辐射声通过观测空间后继续传播的声场。
8.根据权利要求1所述的基于近场变换的空间辐射声场获取方法，其特征在于，所述步骤d中得到的辐射声场，进行旋转可得到声源的指向性。
CN202110011851.6A 2021-01-06 2021-01-06 一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法 Active CN112834023B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110011851.6A CN112834023B (zh) 2021-01-06 2021-01-06 一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法
PCT/CN2021/073048 WO2022147857A1 (zh) 2021-01-06 2021-01-21 一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110011851.6A CN112834023B (zh) 2021-01-06 2021-01-06 一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112834023A CN112834023A (zh) 2021-05-25
CN112834023B true CN112834023B (zh) 2021-10-19

Family

ID=75926090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110011851.6A Active CN112834023B (zh) 2021-01-06 2021-01-06 一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112834023B (zh)
WO (1) WO2022147857A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114390399B (zh) * 2022-01-12 2024-06-07 江苏科技大学 一种空间低频声场重构方法和重构系统
CN114543979B (zh) * 2022-02-17 2024-05-03 浙江工业大学 有界空间中基于近场声全息的声源直接辐射远场声学量的预测方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5500900A (en) * 1992-10-29 1996-03-19 Wisconsin Alumni Research Foundation Methods and apparatus for producing directional sound
CN103759811A (zh) * 2013-12-24 2014-04-30 广西科技大学 基于Fourier变换-源强模拟技术的近场声全息重建方法
CN106052848A (zh) * 2016-05-17 2016-10-26 南京航空航天大学 双测量面近场声全息噪声源识别系统
CN108051800A (zh) * 2017-12-13 2018-05-18 贵州航天计量测试技术研究所 基于球面近场声全息重构无功声强的室内噪声源定位方法
CN108318123A (zh) * 2017-12-14 2018-07-24 中国船舶重工集团公司第七〇五研究所 一种水下声基阵互辐射阻抗的近场声层析测试方法
JP2019035628A (ja) * 2017-08-10 2019-03-07 公益財団法人鉄道総合技術研究所 空間音響解析方法及びそのシステム
CN109883532A (zh) * 2019-03-14 2019-06-14 哈尔滨工程大学 一种声源识别与声场预报方法
CN111308421A (zh) * 2019-12-12 2020-06-19 江苏科技大学 一种浅海中目标自由场声辐射获取方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE535787T1 (de) * 2008-07-08 2011-12-15 Brueel & Kjaer Sound & Vibration Measurement As Verfahren zur rekonstruktion eines akustischen feldes
WO2013068402A1 (en) * 2011-11-10 2013-05-16 Sonicemotion Ag Method for practical implementations of sound field reproduction based on surface integrals in three dimensions
US9286898B2 (en) * 2012-11-14 2016-03-15 Qualcomm Incorporated Methods and apparatuses for providing tangible control of sound
CN103196546A (zh) * 2013-01-24 2013-07-10 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种水声传感器声学参数近场测量方法
CN105181121B (zh) * 2015-05-29 2018-02-06 合肥工业大学 采用加权迭代等效源法的高精度近场声全息方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5500900A (en) * 1992-10-29 1996-03-19 Wisconsin Alumni Research Foundation Methods and apparatus for producing directional sound
CN103759811A (zh) * 2013-12-24 2014-04-30 广西科技大学 基于Fourier变换-源强模拟技术的近场声全息重建方法
CN106052848A (zh) * 2016-05-17 2016-10-26 南京航空航天大学 双测量面近场声全息噪声源识别系统
JP2019035628A (ja) * 2017-08-10 2019-03-07 公益財団法人鉄道総合技術研究所 空間音響解析方法及びそのシステム
CN108051800A (zh) * 2017-12-13 2018-05-18 贵州航天计量测试技术研究所 基于球面近场声全息重构无功声强的室内噪声源定位方法
CN108318123A (zh) * 2017-12-14 2018-07-24 中国船舶重工集团公司第七〇五研究所 一种水下声基阵互辐射阻抗的近场声层析测试方法
CN109883532A (zh) * 2019-03-14 2019-06-14 哈尔滨工程大学 一种声源识别与声场预报方法
CN111308421A (zh) * 2019-12-12 2020-06-19 江苏科技大学 一种浅海中目标自由场声辐射获取方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Simulation of the effect of sonar array"s location in the dome on beam pattern;Cheng He;《OCEANS 2014 - TAIPEI》;20140410;1-5 *
Spatial transformation of the discrete sound field from a propeller;Li, XD;《AIAA JOURNAL》;19960630;第34卷(第6期);1097-1102 *
应用于传声器阵列定位校准的空间点声源声场拟合方法;张羽霓等;《声学技术》;20200831;第39卷(第4期);445-450 *
浅海低频垂直相控阵多模声场聚焦;衣晓锋;《应用声学》;20190730;第38卷(第4期);615-622 *
透声窗尺寸对窗内基阵辐射声场影响仿真分析;何呈等;《华中科技大学学报(自然科学版)》;20131031;第41卷(第10期);30-34 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022147857A1 (zh) 2022-07-14
CN112834023A (zh) 2021-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2016227509B2 (en) Adaptive beamformer for sonar imaging
CN112834023B (zh) 一种基于近场变换的空间辐射声场获取方法
Zankl et al. BLASTDAR—A large radar sensor array system for blast furnace burden surface imaging
US8731851B2 (en) Method for reconstructing an acoustic field
CN108828522B (zh) 一种利用垂直阵lcmv波束形成的水下目标辐射噪声测量方法
CN109489796B (zh) 一种基于单元辐射法的水下复杂结构辐射噪声源定位识别与声辐射预报方法
Ginn et al. Noise source identification techniques: simple to advanced applications
CN107942284B (zh) 基于二维正交非均匀线阵的水下波达方向估计方法与装置
CN107037418B (zh) 一种低频超指向性多极子矢量阵的有界空间校正方法
CN111323784B (zh) 一种近场分布式声源定位方法
CN109884627B (zh) 任意线阵构型的近程毫米波快速三维成像方法
CN104656073B (zh) 三维成像声纳波束形成方法及在多核处理器上的实现方法
CN110824483A (zh) 一种组合式多波束成像声呐
CN108318123A (zh) 一种水下声基阵互辐射阻抗的近场声层析测试方法
CN110109125B (zh) 球面聚焦相控参量阵声探测装置
Sun et al. Array geometry calibration for underwater compact arrays
CN209485353U (zh) 一种自适应海洋移动声层析系统
CN109521392B (zh) 基于非圆信号和l型线阵的水下一维doa估计方法和装置
Comesana et al. An introduction to virtual phased arrays for beamforming applications
CN110297237B (zh) 考虑天线方向图的探地雷达绕射叠加成像方法及系统
CN114543979B (zh) 有界空间中基于近场声全息的声源直接辐射远场声学量的预测方法
CN113281710B (zh) 一种测量雷达散射截面参数暗室定标方法
CN113671269A (zh) 一种基于散射矩阵原理的球面近远场方法
He et al. One Method of Acquiring Radiated Sound Based on Spatial Transformation
Xu et al. Transmitting beam control method of underwater acoustic transducer array based on global optimization

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant