基于相位共轭法对噪声源进行成像和分离研究

摘要

随着军事科技的不断发展，船舶噪声逐渐成为影响舰船安全的关键因素，对船舶噪声进行控制需要首先获取噪声源的相关信息，然而海洋声场环境复杂多变，导致现有对噪声源进行识别的方法均存在一定的问题，相位共轭方法不需要噪声源的任何先验信息，在复杂环境下对噪声源的识别和成像方面有很大的优越性。目前相位共轭方法对多目标噪声源共同存在的复杂声场的研究还比较少，本文利用相位共轭方法对多个目标噪声源进行识别和分离并通过声学贡献量分析确定主要噪声源。具体研究内容如下:
　　采用不同阵列对单个点声源的基本聚焦特性进行了数值仿真计算。结果表明:基于声压梯度测量的PCD方法计算相位共轭声场时声源的聚焦效果最好，在近场可以突破声波的衍射极限（0.5λ）;螺旋桨型阵列可以在获得同样分辨率（0.28λ）的情况下利用较少的阵元个数获得较高的识别精度，满足工程应用。
　　采用相位共轭方法对两个点声源共同存在的复杂声场进行了成像和分离研究。首先探讨了阵列形式对声源聚焦和识别的影响，其次研究了强度不同及频率不同时，两个点声源的识别分辨特性。结果表明:对于多目标噪声源，同样是基于偶极子源的声压梯度测量方法(PCD)得到的分辨效果最好;在阵元间距以及阵列法线方向与声源距离相同时，采用平面阵列时获得的声场识别精度最高;阵列法线方向与声源距离越近，相位共轭方法对声源的识别和分离越精确，声源间距越大，声源的分离效果越好;当声源间距d=λ，阵列法线方向与声源距离z=0.1λ时，PCD方法可以清晰地识别分离出两个声源，完全没有伪声源的干扰，z≥1.5λ时两个声源无法分离;两个声源实现分离的间距与阵列法向与声源的测量距离有关，当阵列法线方向与声源距离z=0.1λ时，可以识别的声源间距最小为0.8λ;对于声源强度不同的两个点声源，PCD方法识别得到的幅值比结果更准确;对于两个频率不同的点声源共同存在的声场，相位共轭方法对高频声源的识别效果较好。
　　基于相位共轭方法对复杂目标声场进行了声学贡献量分析。在对不同强度的两个点声源声场和平板声源声场识别的研究基础上，选取目标场点并分别计算了各个声源的贡献量系数。结果表明:通过对目标声源进行声学贡献量分析，可以判断出各个声源对目标场点的贡献权重，从而依据贡献权重对声源进行排序，通过对目标场点贡献量为正的声源或平板区域进行控制就可以减小对目标场点的辐射噪声值，该研究结果可用于复杂声源的噪声控制。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 噪声源识别方法简介

1．2．1 传统识别方法

1．2．2 基于信号处理的噪声源识别方法

1．2．3 基于阵列技术噪声源识别方法

1．3 国内外对于相位共轭方法的研究现状

1．4 论文的主要研究内容

2 相位共轭聚焦基本理论

2．1 引言

2．2 声学理论基础

2．2．1 波动方程

2．2．2 声场空间的互易性

2．2．3 时反不变性

2．3 时间反转聚焦理论

2．4 Helmholtz-Kirchhoff积分定理

2．5 完全相位共轭声场

2．6 声场中的传播波和倏逝波

2．7 小结

3 单声源的识别分析以及相关参数研究

3．1 引言

3．2 相位共轭声场的离散阵列计算方法

3．3 阵列形式对聚焦特性的影响

3．4 基于PCD方法可实现高识别分辨率的理论解释

3．5 小结

4 多目标噪声源的识别分离以及相关参数研究

4．1 引言

4．2 理论基础

4．3 数值模拟

4．3．1 阵列形式对聚焦特性的影响

4．3．2 影响聚焦特性的相关参数研究

4．3．3 频率不同时的分辨特性

4．3．4 声源强度不同时的分辨特性

4．4 小结

5 复杂声源的声学贡献量分析

5．1 引言

5．2 声学贡献量理论

5．3 两个点声源的贡献量分析

5．4 二维平板声源的贡献量分析

5．5 小结

6 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢