基于改进逆Patch传递函数的声源识别方法

发布时间：2020-07-08 09:17

【摘要】：基于逆Patch传递函数法的声源识别方法通过对任意形状声源周围假定的声腔应用格林等式建立虚拟声腔面Patch与声源面Patch之间的声学传递关系,可以对任意形状声源进行定位识别。基于模态叠加格林函数的逆Patch传递函数法是其中一种具有识别及时性的方法。但是,该方法在振动板件声源识别和离散活塞声源识别中会出现两个问题:在振动板件声源识别中,特征频率附近识别结果严重偏离理论值,识别失效;在离散活塞声源识别中,会产生严重鬼影,干扰目标声源识别结果,降低识别精度。针对这两个问题,本文在基于模态叠加格林函数的逆Patch传递函数法中引入最速梯度迭代算法,提出基于最速梯度下降算法的逆Patch传递函数法,用于振动板件声源识别;在该方法的迭代步骤中加入阈值滤波算法得到了基于WBH(Wideband Holography)算法的逆Patch传递函数法,用于离散活塞声源的识别。分析了基于最速梯度下降算法的逆Patch传递函数法声场重建精度影响因素:(1)倏逝波的影响;(2)声腔模态阶数选取的影响;(3)迭代步数影响;(4)虚拟声腔面及声源面Patch划分数目的影响;(5)信噪比的影响;(6)双测量面间距的影响。通过数值仿真验证了基于最速梯度下降算法和基于WBH算法的逆Patch传递函数法在50Hz到1000Hz频带上进行声源识别的可行性和鲁棒性。此外,在基于最速梯度下降算法的逆Patch传递函数法的基础上,应用围道积分对格林函数进行了降阶。在保证识别结果准确的前提下,提高了基于模态叠加格林函数的逆Patch传递函数法识别效率。应用自由场格林函数将基于最速梯度下降算法的逆Patch传递函数法扩展到了三维复杂形状声源识别中。通过数值仿真验证了以上方法的可行性和准确性。根据基于模态叠加格林函数的逆Patch传递函数法和基于WBH算法的逆Patch传递函数法的相关理论进行了实验验证,结果表明这两种方法能有效解决基于模态叠加格林函数的逆Patch传递函数法在声源识别中的两个问题。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O429
【图文】：

示意图,模态叠加,格林函数,虚拟声

Patch 传递函数法基本理论 iPTF 法声源识别方法的基本理论就是格林等式和赫姆霍兹积分的应用[39]。首先，在目标声源周围假设一任意形状的虚拟声腔式和赫姆霍兹积分等式建立虚拟声腔表面上法向振速及声压与振速之间的传递关系。然后将虚拟声腔面与声源面进行 Patch 划面上的 Patch 间的声学阻抗传递矩阵，得到传递关系的离散表达atch 与声源面 Patch 之间的传递函数。再将 Patch 传递函数求逆表面振速识别的 iPTF 法。在实际应用中，只需测量虚拟声腔和法向振速就可以对目标声源进行识别。此外，通过声源面法利用 Patch 传递函数得到声源面以及整个声场的声压和声强信解过程中可以对虚拟声腔外一定强度的干扰声源在虚拟声腔面消除，因此在一定信噪比条件下，该方法的应用不受声学环境于模态叠加格林函数的逆 Patch 传递函数法

不适定问题,范数,残余,加权滤波

图 2.2 L 曲线示意图Fig. 2.2 Schematic diagram of L加格林函数的 iPTF 声源识别法应用 Tikhonov 正逆时的不适定问题[44]。Tikhonov 正则化方法由 TiAx=b 的不适定问题，该方法通过加权滤波使得到的2x - b和单边约束2Lx 的加权和。就基于模态叠加格首先可将式(2.11)写为 Ax=b 的经典形式： mj j iZ v p mi iZ v 。以残余范数2mj j iZ v -p和单边约束2jLv的2.12)稳定的近似解，即： 2 22v2 2min - jmj j i jZ v p Lv 化参数，用来控制残余范数和单边约束的权重；L里 L 选为单位矩阵，即标准化的 Tikhonov 正则化

示意图,振动板,声源,仿真模型

11图 2.3 振动板件结构声源仿真模型Fig. 2.3 The model of vibration plate used in numerical tests为了进一步研究该方法的声源识别效果，对两种典型的声源模型进行声值仿真。数值仿真过程基于 MATLAB 编写的上述方法的声源识别程序进组仿真实验中，均设置空气密度为 1.29kg/m3、声速 340m/s。仿真 1：振动板件声源识别仿真。如图 2.3 所示，为振动板件声源识别模图 2.3(a)为识别对象振动板件的有限元网格模型，图 2.3(b)为在其周围假 0.05m 虚拟声腔示意图，图 2.3(c)为划分的虚拟声腔有限元网格模型，图拟声腔面划分的 Patch 及辐射声场测量点示意图。设置该板件材料为钢，为 2.1x1011Pa，密度为 7800kg/m3，泊松比为 0.3，阻尼比为 0.02。同时，程中，将板件声源面划分为14 12个 Patch。虚拟声腔表面划分为尺寸为.05m 的 Patch。

【参考文献】