基于阵列的近场声聚焦算法研究

摘要

潜艇内部存在着不同种类的机械噪声，是一个结构复杂的多源噪声系统。若不能确定主要噪声源在系统中的具体位置，就不能有效改善其声源级大小。这对降低它的辐射噪声，提高声隐身性有着重要意义。传统的远场声源的测量方法对声源位置的准确定位存在局限，所以开展近场条件下的高分辨声源定位工作变得尤为重要。本文对近场区域内的声聚焦问题进行研究，以确定潜艇主要噪声源的位置和能量贡献大小，给出声源的位置和能量分布，为后续的减振降噪和声学故障诊断提供理论指导。
　　1．对近场声聚焦基本理论进行了阐述，给出了近场和远场的划分根据，对近场窄带信号模型，宽带信号模型和相干声源模型分别进行描述，详细推导了均匀线阵、十字阵和圆阵的近场信号接收模型，对影响聚焦分辨率的参数，及影响声源估计效果的参数进行了分析。
　　2．分别对窄带信号和宽带信号的近场声聚焦算法进行分析和仿真。给出了基于幅度-相位联合补偿的声聚焦算法，可以对声源的位置和能量进行估计，并通过仿真分析了不同阵列的近场声聚焦算法的性能；一般子空间类的高分辨方法在解决相干声源问题时存在局限，而一些基于参数估计的算法计算量庞大，针对这一情况，本文介绍一种基于相位匹配原理的奇异值分解算法(SVDSPM)，该方法不需要利用数据的协方差矩阵，在处理小角度相干源方面具有独特的优点。
　　3．对水下目标噪声源的近场定位方法的消声水池试验数据进行了处理，试验数据处理结果与仿真结果基本一致，验证了本文所述算法的正确性，并且利用 MATLAB和VC++混合编程的方法，设计了“近场噪声源定位分析软件”，软件分为仿真分析和试验数据处理两部分，能够在试验前对参数、阵型的选择提供参考，在试验后对试验数据进行处理。

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第1章 绪论

1.1 论文的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的主要研究内容

第2章 近场声聚焦理论

2.1 引言

2.2 近场和远场的划分

2.3 近场声源数学模型

2.4 近场阵列接收模型

2.5 聚焦分辨率分析

2.6 本章小结

第3章 窄带噪声源的近场声聚焦方法

3.1 引言

3.2 近场声聚焦算法

3.3 近场声聚焦方法仿真分析

3.4 相干声源处理方法

3.5 本章小结

第4章 宽带噪声源的近场声聚焦方法

4.1 引言

4.2 基于子带分解的宽带近场声聚焦方法

4.3 基于聚焦矩阵的宽带近场声聚焦方法

4.4 仿真结果及性能分析

4.5 本章小结

第5章 试验数据处理和软件实现

5.1 引言

5.2 水池试验数据处理

5.3 近场噪声源定位分析软件实现

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢