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近水面目标主要声源识别声全息技术研究

作　者: 吴琴琴
导　师: 商德江
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 边界元法半自由声场近场声全息声源识别正则化处理
分类号: TB566
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 58次
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内容摘要

近场声全息技术,诞生于20世纪80年代初,通过声场空间某一区域已知的声场分布可以重建整个三维空间声场的声学量,如声压、质点振速、声强以及远场指向性等。因其具有此优点,近场声全息技术迅速地成为一种有效的声源识别、定位和声场可视化的强有力工具。目前的绝大部分研究都是针对振动结构在自由声场中的声辐射进行的。而从工程应用角度来看,许多噪声源处于半空间环境中,例如近水面目标主要声源,自由场声全息技术就不能准确地实现声源识别与定位。因此,开展半空间声场环境下的声场重建研究对声全息技术实际应用具有非常重要的意义。本文在充分研究了边界元理论和半空间声全息技术的基础之上,针对近水面目标主要声源,建立了基于边界元半空间声全息理论模型,开发了基于边界元半空间声场重建的算法程序以及重点研究了重建过程中不适定性问题的正则化处理和滤波参数的选取准则等关键问题。文中选取多种不同声源模型对该算法实现声源识别与定位的有效性进行了数值理论验证,并讨论了各类参数对声场重建精度的影响,旨在给出实际测量时参数取值的合理化建议。并通过实验验证了此理论模型的可行性和正确性。研究结果表明:此方法可有效地解决在半空间声场中进行声场全息变换时界面反射声的影响问题,从而拓展了该全息技术的工程应用范围和实用性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 论文的研究背景  10
  1.2 噪声识别方法概述  10-12
    1.2.1 相干分析  10-11
    1.2.2 波束形成  11
    1.2.3 声强测量法  11-12
    1.2.4 小波分析  12
    1.2.5 近场声全息法  12
  1.3 应用于声源识别近场声全息方法的研究现状  12-14
  1.4 本文的主要研究内容  14-15
第2章边界元理论及方法研究  15-27
  2.1 引言  15
  2.2 边界元基本理论  15-22
    2.2.1 辐射声场的表示  15-17
    2.2.2 Helmholtz 积分方程的离散化  17-22
  2.3 边界元法的数值实现  22-26
    2.3.1 单元积分的数值计算方法  22
    2.3.2 高斯积分  22-25
    2.3.3 传递矩阵的求逆  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章基于边界元法半空间近场声全息技术  27-35
  3.1 基于边界元法半自由声场全息算法  27-29
    3.1.1 镜像原理  27-28
    3.1.2 组合传递矩阵的建立  28-29
  3.2 全息问题的不适定性与正则化处理  29-34
    3.2.1 奇异值分解（SVD）  30-31
    3.2.2 奇异值截断滤波法（TSVD）  31
    3.2.3 Tikhonov 正则化方法  31-32
    3.2.4 正则化参数的选取  32-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章基于边界元半空间声全息数值仿真研究  35-48
  4.1 单声源的半空间声场重建仿真研究  35-43
    4.1.1 球形声源全息变换模型及其参数  35-36
    4.1.2 仿真分析  36-39
    4.1.3 柱形声源全息变换模型及其参数  39-40
    4.1.4 仿真分析  40-43
  4.2 多声源的半空间声场重建仿真研究  43-46
    4.2.1 球形声源声场重建仿真研究  43-44
    4.2.2 柱形声源声场重建仿真研究  44-46
  4.3 重建精度的影响因素分析  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章半自由声场声全息的实验研究  48-62
  5.1 实验测量系统  48-52
    5.1.1 实验仪器设备  48-51
    5.1.2 测量系统校准  51-52
  5.2 半空间声全息法声源识别实验研究分析  52-61
    5.2.1 圆柱壳声源实验研究  52-58
    5.2.2 复合声源实验研究  58-61
  5.3 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-67
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  67-68
致谢  68

近水面目标主要声源识别声全息技术研究

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