波束形成与波叠加法协同的声源定位方法研究

摘要

准确的噪声源定位是机械设备振动噪声控制的前提，波束形成技术可以通过非接触式的中远距离声压测量得到声源位置分布及相对强度，但其存在旁瓣效应干扰和无法识别声源纵向深度（即Z坐标）等问题。对波束形成技术存在的上述问题进行研究与分析，在对不同Z坐标声源进行定位时发现“收缩现象”，并对此现象产生规律进行假设分析与试验验证。针对波束形成存在的“旁瓣效应”、“收缩现象”和“无法识别Z坐标”问题，提出基于波叠加法和遗传算法（GA）的改进方法，能有效地波束形成“旁瓣效应”和“收缩现象”，并能识别声源Z坐标。主要工作包括如下： （1）对波束形成噪声源定位存在的“旁瓣效应”和“无法识别Z坐标”问题进行研究，总结上述各问题产生原因及影响因素。在对“无法识别Z坐标”问题进行研究时发现“收缩现象”，即随着声源Z坐标增大，波束形成定位结果逐渐向重建面中心收缩，并提出该“收缩现象”的实质是“波束形成定位出的声源XY坐标为声源和传声器阵列几何中心连线与重建面的交点”这一假设，仿真与试验结果印证了这一假设。 （2）研究基于波叠加法的噪声源定位方法，并与波束形成进行对比，分析波叠加法相对波束形成不存在旁瓣效应干扰的特点，并分析其不足，即需要大量声压测点。 （3）针对波束形成“旁瓣效应”、“收缩现象”和“无法识别Z坐标”问题，提出基于波叠加法和GA的波束形成改进方法。用波束形成对声源位置进行预估，在预估声源位置处布置等效源，然后以重建传声器阵列误差作为评价指标，基于声压匹配波叠加法和GA，搜索声源实际的三维空间位置及强度。将改进算法编写为MATLAB程序，通过仿真计算初步验证改进方法的有效性。 （4）以扬声器作为声源，设计半消音室内的已知声源定位试验，进一步验证上述改进方法在实际噪声源定位中的有效性，然后对柴油机机体侧的噪声源进行定位试验。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究意义

1.2 机械设备噪声源定位研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.4 内容结构

第2章 基于波束形成的噪声源定位

2.1 波束形成基本理论

2.2 传声器阵列

2.3 噪声源定位仿真

2.4 本章小结

第3章 基于波叠加法的噪声源定位

3.1 波叠加法基本理论

3.2 波叠加法在噪声源定位中的应用

3.3 本章小结

第4章 基于波叠加法的波束形成改进算法研究

4.1 改进算法基本思想

4.2 基于GA搜索等效源位置的原理及步骤

4.3 旁瓣效应的消除

4.4 声源Z坐标的计算

4.5 “收缩现象”的消除

4.6 多声源多因素联合仿真

4.7 本章小结

第5章 改进算法试验研究

5.1 试验平台

5.2 已知声源的定位试验

5.3 柴油机噪声源定位试验

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文