CN116952356A - 基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于辐射噪声测量领域，公开了基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法，包括以下四个步骤：(1)测量得到全息面上的空间复声压分布；(2)对全息面空间复声压分布进行二维傅里叶变换，获得波数域结果；(3)根据不同的边界条件选取适当的Green函数作为传递函数H，获得反演面的波数域复声压分布；(4)将以上结果进行傅里叶逆变换，最终获得反演面的空间复声压分布p(x,y)。采用本发明可以获取壳体表面及声场任意空间的振动与声压分布，可以对某型船的远场辐射声功率进行有效评估，可以对表面噪声源进行识别和定位，大大提高了辐射噪声的测量精度与测量效率。
Description
技术领域
本发明属于辐射噪声测量领域，尤其涉及基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法。
背景技术
某型船在修理前后必须对其声学性能的变化进行测量和评估，并分析研究引起这种变化的原因，从而为某型船整个修理的振动噪声控制工作提供客观、科学的评判和指导。现将我国目前某型船修理辐射噪声测量中的几种常用方法分析如下：
(1)基于声压测量技术，进行远场辐射噪声测量。该方法耗资巨大(单艘每次测量经费约500万)，测量所需周期长(单艘每次测量周期约2个月)，动用人力、物力资源多(需要协调测试力量及相应保障船只)，而且对环境要求很高(国内满足条件的测量试验场不多)。从目前的条件来看，某型船修理前后都进行一次远场辐射噪声测量是几乎不可能的。此外，传统的远场辐射噪声测量也具有以下一些不足之处：
①各次测量结果的起伏较大，可重复性不好，难以通过一两次测量就准确评估修理前后辐射噪声的相对变化。
②在单台设备启动时，由于辐射噪声较小，远场测量可能无法获得满足国军标要求的信噪比。
(2)采用单水听器在近场测量的辐射噪声。这种方法无论从理论还是实践上来看其效果都不尽人意，主要原因如下：
①理论上讲，近场水声的指向性很强，不同位置的水声变化很大，少数几个位置的水声信息难以反应真实的声学状态。
②实际测量时，受环境影响单个水听器测得的声压起伏很大，重复性很差，不能用来评估修理前后辐射噪声的相对变化。
综上所述，现有技术存在的问题和缺陷为：
现行的修理辐射噪声测量方法未能有效满足修理中的振动噪声状态评估与分析要求，这将大大影响某型船的声学性能的改进，影响其使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明目的是克服传统测量方法的局限性，提供一种在常用码头浅海环境下对某型船的辐射噪声进行测量的声全息方法，可以实现对某型船修理前后声学性能的变化进行测量和评估。
本发明是这样实现的，基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法，该方法包括以下四个步骤：
(1)测量得到全息面上的空间复声压分布p(x,y)；
(2)对全息面空间复声压分布p(x,y)进行二维傅里叶变换，获得波数域结果P(kx,ky)；
(3)根据不同的边界条件选取适当的Green函数作为传递函数H，获得反演面的波数域复声压分布P(kx,ky)；
(4)将以上结果进行傅里叶逆变换，最终获得反演面的空间复声压分布p(x,y)。
进一步，所述步骤(1)采用直线水听器阵列扫描测量平面，水听器阵列到表面的距离小于分析频率对应波长的三分之一；同时布置参考水听器，获得参考相位信息；使用每个扫描位置的测试数据与参考水听器数据计算互谱，获得各扫描点信号与参考信号之间的相位差作为扫描点的复声压相位，从而得到整个声全息平面的空间复声压分布。
进一步，所述步骤(1)测量得到的信号经过噪声抑制处理，针对浅海环境中的噪声设计Wiener滤波器，通过优化输入信号的功率谱密度和噪声的功率谱密度之比，进行噪声抑制；
具体为：浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法中，步骤(1)中的噪声抑制处理可以进一步细化如下：
1)测量输入信号x(t)，包含有用信号s(t)和噪声n(t)，即x(t)＝s(t)+n(t)；
2)分析输入信号x(t)和噪声n(t)的功率谱密度，即|X(f)|2和|N(f)|2；其中，X(f)和N(f)为x(t)和n(t)的傅里叶变换；
3)根据Wiener滤波理论，设计Wiener滤波器的频率响应为:
H(f)＝|S(f)|2/|X(f)|2
其中，|S(f)|2是有用信号s(t)的功率谱密度；
4)将输入信号x(t)经过Wiener滤波器，得到滤波后信号y(t)，即:
Y(f)＝H(f)X(f)
y(t)＝ifft{Y(f)}
5)滤波后信号y(t)的频谱主要包含有用信号s(t)的频谱成分，大大抑制了噪声n(t)的影响，达到了噪声抑制的目的；
6)使用滤波后信号y(t)继续进行后续的全息信号处理，包括但不限于计算互谱、获得相位信息，从而重建水下噪声源的近场信息；
所以，在步骤(1)中采用Wiener滤波器设计可以有效抑制浅海环境的噪声，提高后续的全息信号分析和图像重建的精度与质量；Wiener滤波是实现噪声抑制的一种常用而有效的方法。
进一步，所述步骤(2)具体包括：
假设一封闭振动体位于密度为ρ、声速为c的无限域流体介质中，记表面为S，包围的区域为Di，外部区域为De，则在De中声压场满足的波动方程为
式中，表示t时刻/>处的声压；将式(1)作Fourier变换，可得到如下形式的Helmholtz方程：
式中：k＝ω/c为流体介质中自由场波数，ω为声波的角频率，方程(2)的解可表成积分形式，即声场中任一点P的声压可表示成Helmholtz积分方程形式
利用表面声压与法向振速的关系式，则有
将式(4)代入方程(3)有
上式是研究结构表面声场与外部声场相互变换的基本关系式；通过选取适当的格林函数，则式(5)的外部方程可简化为
当z'＝zS时，并且，R1＝R2，/>则有
对方程(6)两边进行两维空间FFT变换后，式(6)在波数域内的形式为
P(kx,ky,zH)＝P(kx,ky,zS)·GD(kx,ky,d) (8)
其中，变换域的坐标对应关系为且变换对为
进一步，所述步骤(3)具体包括：
在式(3)中三维空间自由场Green函数为
二维空间的Green函数为
这里是第二类零阶Hankle函数，对于光滑表面，式(5)中系数的取值为
利用式(5)，建立外部声压与表面声压或振速的变换关系，不仅可以实现由近场测量重建源表面声场分布，而且还能重构整个辐射声场；为此，可以通过选取适当形式的Green函数来达到这一目的；考虑平面型声源，不妨取Green函数具有如下形式
其中
并且(x',y',z')为源面上的坐标点，(xH,yH,zH)为源面外部的场点；
选取Green函数在S上满足Dirichlet边界条件，即取式(12)的形式之一
根据式(9)，经推导得
令
由式(14)得
进一步，所述步骤(4)具体包括：
由式(8)，源面S上的声压可由测量面H上声压反演获得
P(kx,ky,zs)＝P(kx,ky,zH)/GD(kx,ky,d) (18)
或者
由式(18)或式(19)通过两维FFT反变换即可求得源面声场。
进一步，所述步骤(4)表明由外部声压场可以重建源面声压场，同理也可重建近场和远场的声压；
利用全息分析获得的声场信息，可以进行其他专业分析，例如利用声场得到各工况条件下的总辐射声功率级；
基于声强测量的声功率计算是将全息面分为N个小曲面，N为测量点数，每个曲面包含一个测量点且一一对应，则全息面的总声功率可表示为：
式中，是第k个测量点处测得的声强，Sk为第k个曲面的面积；
由声功率得到声功率级为：
式中，W0取0.67e-18。
本发明另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法的步骤。
本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法的步骤。
本发明另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法。
与现有的技术相比，本发明的技术方案所具备的优点及积极效果为：
本发明采用了声全息测量，能够根据近场声压分布准确预报其他区域的各个声学量，一套声全息系统一次测量可以兼顾声压、声强等测量需求。
本发明采用近场测量，能够在满足自由场或半自由场条件的近海、港口和码头中实施，降低了实施难度，提高了可靠性，同时也降低了实施成本。
本发明在浅海环境近场测量，因此可以在满足自由场或半自由场条件的近海、港口和码头中实施，其水下声全息技术的实施条件稳，受环境变化影响小，因此其测量的可重复性高，不同测量的数据参照性好。
本发明能够克服传统测量方法的局限性，提供一种在常用码头浅海环境下对某型船的辐射噪声进行测量的声全息方法，能够对某型船修理前后声学性能的变化提供一种科学、客观的评估方法。
附图说明
图1是本发明实施例提供的平面近场声全息变换基本流程；
图2是本发明实施例提供的测量系统原理图；
图3是本发明实施例提供的测量系统搭建示意图；
图4是本发明实施例提供的声全息变换效果示意图；
图5是本发明实施例提供的全息面声压幅值图与相位图(d＝0.5m，f＝20Hz)；
图6是本发明实施例提供的重建面声压幅值图与相位图(d＝0.5m，f＝20Hz)；
图7是本发明实施例提供的重建面理论声压幅值图与相位图(d＝0.5m，f＝20Hz)；
图8是本发明实施例提供的不同测量距离的双声源重建误差图(f＝20Hz)。
图中：1、工控机；2、扫描轨迹；3、阵列配置；4、水听器阵列；5、参考水听器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的平面近场声全息变换基本流程如图1所示。图1中实线表示全息面，虚线表示反演面(反演面可取声源表面、近场及远场的任意面)。
如图2和图3所示，某型船中机械设备开启时，产生的机械振动传递到深潜器表面，引起深潜器表面壳体的振动，向周围的水介质中辐射声波，形成水下声场。
水听器阵列4对附近一个平面进行扫描，获得扫描平面上的声压数据，这些数据经由信号调理器进行放大、滤波，发送至数据采集器的各个通道，软件系统获取数据采集器搜集的数据，并保存到工控机1的外部存储器中。
进行近场声全息测量，包括以下步骤：
测量得到全息面上的空间复声压分布p(x,y)；
在某型船附近固定参考水听器5，直线水听器阵列4布置于待测舱段附近，阵列到表面的距离小于分析频率对应波长的三分之一。使用水听器阵列4对待测舱段表面附近的平面进行扫描，同时采集参考水听器5的数据，将采集的数据保存到工控机1中。使用每个扫描位置的测试数据与参考水听器5数据计算互谱，获得各扫描点信号与参考信号之间的相位差作为扫描点的复声压相位，最终获得全息面上的复声压分布。
对全息面空间复声压分布p(x,y)进行二维傅里叶变换，获得波数域结果P(kx,ky)；
假设一封闭振动体位于密度为ρ、声速为c的无限域流体介质中，记表面为S，包围的区域为Di，外部区域为De(如图4所示)，则在De中声压场满足的波动方程为
将式(1)作Fourier变换，可得到如下形式的Helmholtz方程
式中：k＝ω/c为流体介质中自由场波数，ω为声波的角频率。方程(2)的解可表成积分形式，即声场中任一点P的声压可表示成Helmholtz积分方程形式
利用表面声压与法向振速的关系式，则有
将式(4)代入方程(3)有
上式是研究结构表面声场与外部声场相互变换的基本关系式。通过选取适当的格林函数，则式(5)的外部方程可简化为
当z'＝zS时，并且，R1＝R2，/>则有
对方程(6)两边进行两维空间FFT变换后，式(6)在波数域内的形式为
P(kx,ky,zH)＝P(kx,ky,zS)·GD(kx,ky,d) (8)
其中，变换域的坐标对应关系为且变换对为
根据不同的边界条件选取适当的Green函数作为传递函数H，获得反演面的波数域复声压分布P(kx,ky)；
在式(3)中三维空间自由场Green函数为
二维空间的Green函数为
这里是第二类零阶Hankle函数，对于光滑表面，式(5)中系数的取值为
利用式(5)，建立外部声压与表面声压或振速的变换关系，不仅可以实现由近场测量重建源表面声场分布，而且还能重构整个辐射声场。为此，可以通过选取适当形式的Green函数来达到这一目的。考虑平面型声源，不妨取Green函数具有如下形式
其中
并且(x',y',z')为源面上的坐标点，(xH,yH,zH)为源面外部的场点。
选取Green函数在S上满足Dirichlet边界条件，即取式(12)的形式之一
根据式(9)，经推导得
令
由式(14)得
将以上结果进行傅里叶逆变换，最终获得反演面的空间复声压分布p(x,y)。
由式(8)，源面S上的声压可由测量面H上声压反演获得
P(kx,ky,zs)＝P(kx,ky,zH)/GD(kx,ky,d) (18)
或者
由式(18)或式(19)通过两维FFT反变换即可求得源面声场。
上面推导表明由外部声压场可以重建源面声压场，同理也可重建近场和远场的声压。
利用全息分析获得的声场信息，可以进行其他专业分析，例如利用声场得到各工况条件下的总辐射声功率级。
基于声强测量的声功率计算是将全息面分为N个小曲面，N为测量点数，每个曲面包含一个测量点且一一对应，则全息面的总声功率可表示为：
式中，是第k个测量点处测得的声强，Sk为第k个曲面的面积。
由声功率得到声功率级为：
式中，W0取0.67e-18。
为验证基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法对于大型声源表面声场重建的有效性，在声源面上布置两个脉动球声源，脉动球半径为0.05m，两声源相距4m，全息测点空间分布为250mm×250mm，采用快照法。
在0.5m、0.8m、1m、1.5m、2m的测量距离上，分别进行逆向重建，逆向距离全息测量面0.1m，通过逆向重建值与理论值进行误差分析，来确定全息重建的精度，分析频率为20Hz。测量距离为0.5m时全息面的声压幅值图与相位图如图5所示，重建面的声压幅值图与相位图如图6所示，重建面的理论声压幅值图与相位图如图7所示。不同测量距离的双声源重建误差如图8所示。通过这些图的对比来验证平面近场声全息算法的声源识别与定位的有效性，并总结不同测量距离对全息重建精度的影响规律。
从分析结果可以看出，平面近场声全息算法能够很好地对声源进行识别与定位，同时由于全息测量能够获得沿法线方向衰减很快的倏逝波成分，因而在仿真时测量距离尽量靠近源面就能获得较高的重建精度，这也说明了在水听器阵列4到表面的距离小于分析频率对应波长的三分之一的范围内，测量距离越靠近源面，重建精度越高。
本发明方法能够利用较少的测点完成较大范围内的声场测量与重建，所需的声传感器数目少，测量成本低，能够克服传统测量方法的局限性，提供一种在常用码头浅海环境下对某型船的辐射噪声进行测量的声全息方法，实现对某型船修理前后声学性能的变化进行测量和评估。
作为本发明的实施例一个具体的优化方案，基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法的具体方案如下：
1)信号采集与预处理：
在浅海环境中，利用水下声测量设备(如水下声传感器阵列)采集水下声全息信号。在采集过程中，要确保传感器阵列的准确布局和稳定性，以确保有效地捕捉到目标信号。采集到的信号首先经过预处理，如模拟信号转换为数字信号、滤除非目标频段的噪声等。
2)设计针对浅海环境的Wiener滤波器：
分析浅海环境中的信号和噪声特性，包括多径传播、海底反射等因素。针对这些特性，设计一个适用于浅海环境的Wiener滤波器。具体方法包括：确定信号和噪声的功率谱密度函数、计算Wiener滤波器的传递函数、确定滤波器的阶数等。
3)噪声抑制处理：
将采集到的信号输入到设计好的Wiener滤波器中。滤波器将根据输入信号的功率谱密度和噪声的功率谱密度之比进行噪声抑制处理，同时保留信号中的有用信息。输出的信号将具有较低的噪声水平，为后续的近场辐射噪声测量提供更准确的数据。
4)近场辐射噪声测量：
对经过噪声抑制处理的信号进行近场辐射噪声测量。根据信号在水下传播过程中的衰减规律、传感器阵列的几何布局等因素，计算出信号在各个距离上的辐射噪声水平。通过对比不同距离上的噪声水平，可以评估近场辐射噪声的分布特性和影响范围。
5)结果分析与优化：
对测量结果进行分析，总结近场辐射噪声的特征和规律。如有需要，可以对Wiener滤波器和测量方法进行进一步优化，以提高测量精度和效果。同时，将测量结果与实际应用场景相结合，为水下声全息技术的研究和应用提供有价值的参考数据。
通过以上具体方案，基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法能够实现在复杂的浅海环境中对近场辐射噪声的有效测量，为提高水下声全息技术的测量精度和实际应用价值提供支持。
本发明实施例的三个具体实施例为：
实施例1：
对于浅海环境的边界条件，选择合适的Green函数H，例如基于Helmholtz方程的Green函数。该Green函数描述了在考虑边界条件下声波的传播，因此它可以用来模拟噪声源在浅海环境中的辐射。通过这个Green函数，我们可以从全息面上的声压分布推断出噪声源的近场辐射。
还需要考虑水下的深度和地形信息。为了获得更准确的浅海环境边界条件，我们可以引入地形图或深度传感器的数据。利用这些信息，可以精确地计算在各种不同的地形条件下，Helmholtz方程的Green函数H的形式。然后，利用这个Green函数，对测得的全息面上的声压分布进行反演，从而得到更为准确的噪声源近场辐射。
实施例2：
通过使用相控阵技术，调整水听器阵列的相位分布，从而得到不同方向上的声压分布。获取到更加丰富的全息面声压信息。得到的全息面声压分布可以通过上述的傅里叶变换和Green函数反演方法，获得对应各个方向的噪声源近场辐射。
还可以利用波束形成技术来控制水听器阵列的指向性。通过调整水听器阵列的指向性，更加精确地测量不同方向上的声压分布。另外，通过多次测量和重构，获得全向的声压分布。更全面地了解噪声源的辐射特性，从而为声源定位和识别提供更为精确的数据支持。
实施例3：
在实际的测量中，可能会遇到多个声源同时存在的情况。对于这种情况，我们可以通过在测量过程中使用滤波器，将不同频率的声源分离出来，然后分别进行全息面声压分布的测量和傅里叶变换。最后，通过适当选择不同的Green函数，可以分别反演出各个声源的近场辐射。
采用更先进的信号处理技术，如盲源分离(BSS)技术。通过BSS技术，将混合在一起的多个声源信号分离开来，甚至可以在不知道声源数目和声源信号的情况下进行分离。在得到分离后的各个声源信号后，分别对它们进行全息面声压分布的测量和反演，从而得到各个声源的近场辐射。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法，其特征在于，包括：
(1)测量得到全息面上的空间复声压分布p(x,y)；
(2)对全息面空间复声压分布p(x,y)进行二维傅里叶变换，获得波数域结果P(kx,ky)；
(3)根据不同的边界条件选取适当的Green函数作为传递函数H，获得反演面的波数域复声压分布P(kx,ky)；
(4)将以上结果进行傅里叶逆变换，最终获得反演面的空间复声压分布p(x,y)。
2.根据权利要求1所述的基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法，其特征在于，所述步骤(1)采用直线水听器阵列扫描测量平面，水听器阵列到表面的距离小于分析频率对应波长的三分之一；同时布置参考水听器，获得参考相位信息；使用每个扫描位置的测试数据与参考水听器数据计算互谱，获得各扫描点信号与参考信号之间的相位差作为扫描点的复声压相位，从而得到整个声全息平面的空间复声压分布。
3.根据权利要求1所述的基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法，其特征在于，所述步骤(1)测量得到的信号经过噪声抑制处理，针对浅海环境中的噪声设计Wiener滤波器，通过优化输入信号的功率谱密度和噪声的功率谱密度之比，进行噪声抑制；具体包括：
在浅海环境中，利用水下声测量设备采集水下声全息信号；在采集过程中，要确保传感器阵列的准确布局和稳定性，以确保有效地捕捉到目标信号；采集到的信号首先经过预处理，模拟信号转换为数字信号、滤除非目标频段的噪声；
分析浅海环境中的信号和噪声特性，包括多径传播、海底反射因素；针对这些特性，设计＝适用于浅海环境的Wiener滤波器；具体方法包括确定信号和噪声的功率谱密度函数、计算Wiener滤波器的传递函数、确定滤波器的阶数；
将采集到的信号输入到设计好的Wiener滤波器中；滤波器将根据输入信号的功率谱密度和噪声的功率谱密度之比进行噪声抑制处理，同时保留信号中的有用信息；输出的信号将具有较低的噪声水平，为后续的近场辐射噪声测量提供更准确的数据；
对经过噪声抑制处理的信号进行近场辐射噪声测量；根据信号在水下传播过程中的衰减规律、传感器阵列的几何布局因素，计算出信号在各个距离上的辐射噪声水平；通过对比不同距离上的噪声水平，可以评估近场辐射噪声的分布特性和影响范围；
对测量结果进行分析，总结近场辐射噪声的特征和规律；对Wiener滤波器和测量方法进行进一步优化，以提高测量精度和效果；同时，将测量结果与实际应用场景相结合，为水下声全息技术的研究和应用提供有价值的参考数据。
4.根据权利要求1所述的基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：
假设一封闭振动体位于密度为ρ、声速为c的无限域流体介质中，记表面为S，包围的区域为Di，外部区域为De，则在De中声压场满足的波动方程为
将式(1)作Fourier变换，可得到如下形式的Helmholtz方程：
式中：k＝ω/c为流体介质中自由场波数，ω为声波的角频率，方程(2)的解可表成积分形式，即声场中任一点P的声压可表示成Helmholtz积分方程形式
利用表面声压与法向振速的关系式，则有
将式(4)代入方程(3)有
上式是研究结构表面声场与外部声场相互变换的基本关系式；通过选取适当的格林函数，则式(5)的外部方程可简化为
当z'＝zS时，并且，R1＝R2，/>则有
对方程(6)两边进行两维空间FFT变换后，式(6)在波数域内的形式为
P(kx,ky,zH)＝P(kx,ky,zS)·GD(kx,ky,d) (8)
其中，变换域的坐标对应关系为且变换对为
5.根据权利要求1所述的基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：
在式(3)中三维空间自由场Green函数为
二维空间的Green函数为
这里是第二类零阶Hankle函数，对于光滑表面，式(5)中系数的取值为
利用式(5)，建立外部声压与表面声压或振速的变换关系，不仅可以实现由近场测量重建源表面声场分布，而且还能重构整个辐射声场；为此，可以通过选取适当形式的Green函数来达到这一目的；考虑平面型声源，不妨取Green函数具有如下形式
其中
并且(x',y',z')为源面上的坐标点，(xH,yH,zH)为源面外部的场点；
选取Green函数在S上满足Dirichlet边界条件，即取式(12)的形式之一
根据式(9)，经推导得
令
由式(14)得
6.根据权利要求1所述的基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括：
由式(8)，源面S上的声压可由测量面H上声压反演获得
P(kx,ky,zs)＝P(kx,ky,zH)/GD(kx,ky,d) (18)
或者
由式(18)或式(19)通过两维FFT反变换即可求得源面声场。
7.根据权利要求1所述的基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法，其特征在于，所述步骤(4)表明由外部声压场可以重建源面声压场，同理也可重建近场和远场的声压；
利用全息分析获得的声场信息，可以进行其他专业分析，例如利用声场得到各工况条件下的总辐射声功率级；
基于声强测量的声功率计算是将全息面分为N个小曲面，N为测量点数，每个曲面包含一个测量点且一一对应，则全息面的总声功率可表示为：
式中，是第k个测量点处测得的声强，Sk为第k个曲面的面积；
由声功率得到声功率级为：
式中，W0取0.67e-18。
8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7任意一项所述基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7任意一项所述基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法的步骤。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求1-7任意一项所述基于浅海环境水下声全息技术的近场辐射噪声测量方法。
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