一种基于质点振速的部分场分解方法技术

本发明专利技术公开了一种基于质点振速的部分场分解方法，包括如下步骤：设置与多个不相干声源对应的多个质点振速传感器，获取多个质点振速信号，设定多个测量场点；对每个质点振速信号及每个场点声压信号进行取样并进行有序排列；计算初始条件谱和迭代条件谱；计算条件自谱及条件互谱并获取偏相干函数；计算部分场的声压；将质点振速信号与场点声压信号重新有序排列，重复计算任一质点振速信号的部分场在任一测量场点的声压。本发明专利技术采用质点振速传感器测量的质点振速信号作为参考，由于质点振速衰减快，其能够更好的感应和区别不同的潜在声源，进而提供部分场的分解精度，且直接测量质点振速避免了额外计算，有利于提高质点振速获取的便捷性和准确率。

A partial field decomposition method based on particle velocity

The invention discloses a partial field decomposition method based on particle velocity, which comprises the following steps: setting with multiple incoherent multiple particle velocity sensor corresponding to the sound source, obtaining a plurality of particle velocity signal, setting a plurality of measurement points; sampling of each particle velocity signal and pressure signal of each point and in an orderly way; initial conditions for calculating spectrum and iterative conditional spectrum; spectrum calculation conditions and conditions of cross spectrum and obtain partial coherence function; the calculation part of the sound pressure; the particle velocity signal and the signal re ordered farfield pressure, part of the field at any point of the sound pressure measurement of double counting of any particle vibration velocity signal. The invention adopts the particle velocity signal of particle velocity sensor as a reference, because the particle vibration velocity attenuation, which can potentially sound source induction and better distinction of different, thus providing decomposition accuracy of part of the field, and the direct measurement of particle velocity to avoid extra computation, convenient to improve the particle velocity acquisition and accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于质点振速的部分场分解方法
本专利技术涉及非完全相干声场的分解技术，尤其是涉及一种基于质点振速的部分场分解方法。
技术介绍
近场声全息技术是一种非常有效的噪声源识别和声场可视化技术，但该技术仅能适用于完全相干声场。然而在实际工程中，待研究的声场往往是非完全相干声场，通常需要借助多参考源互谱测量方法将非完全相干声场分解成若干个独立的部分场，使得每个部分场都是完全相干声场，从而采用近场声全息技术对每个部分场分别进行研究。目前，已有很多文献对部分场分解方法进行了研究，发展了不同的算法，比如基于奇异值分解和主谱能量分析技术的虚相干法，基于偏相干函数的偏相干法，并将其应用扩展至非平稳声场、循环平稳声场以及柱面坐标下的气动声学声场。但是，这些研究都选择声压作为参考。由于声压衰减慢，不能很好地感应和区别不同的潜在声源，导致部分场分解不彻底，一定程度上限制了部分场的分解精度。虽然，有文献选用了声压梯度作为参考，对部分场的分解精度有所提高，但声压梯度是通过两个传声器测量声压，并结合有限差分近似法而获得的，导致该方法的分解精度依赖于两传声器之间的距离，且增加了测量工作和计算难度。所以，现有的部分场分解方法有两个缺陷和不足：(1)声压衰减慢，限制了基于声压参考的部分场分解方法的分解精度；(2)采用双传声器测量，获得精确的声压梯度成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于质点振速的部分场分解方法，解决现有技术中基于声压信号的部分场分解方法的分解精度低、分解成本高的技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种基于质点振速的部分场分解方法，包括如下步骤：(1)在非完全相干声场的的多个不相干声源附近分别一一对应布置多个质点振速传感器，获取多个质点振速传感器形成的质点振速信号，设定非完全相干声场中有多个测量场点；(2)对每个质点振速传感器检测的质点振速信号及每个测量场点的场点声压信号进行取样，并将所有的质点振速信号与其中一个测量场点的场点声压信号进行有序排列；(3)计算有序排列的多个信号的初始条件谱，相继消除有序排列的多个信号中的部分信号的线性作用，并计算迭代条件谱；(4)计算有序排列的最后两个信号的条件自谱及其之间的条件互谱，并获取偏相干函数；(5)根据有序排列的最后两个信号的条件互谱和偏相干函数计算有序排列的最后一个质点振速信号相对应的部分场在相对应的测量场点的声压；(6)将所有的质点振速信号与其中一个测量场点的场点声压信号重新进行有序排列，重复步骤(3)～(5)，计算任一质点振速信号相对应的部分场在任一测量场点的声压。优选的，所述不相干声源和质点振速传感器均为N个，非完全相干声场中的测量场点为M个，M、N均为自然数，则：v＝[v1,…,vn,…vN]T(1)p＝[p1,…,pm,…pM]T(2)其中，v为质点振速信号，vn为第n个质点振速传感器测量的质点振速信号，T为转置，p为测量场点的场点声压信号，pm为第m个测量场点的场点声压信号。优选的，所述步骤(2)中取样次数k，并采用第m个测量场点的场点声压信号进行有序排列，则有序排列顺序为：且其中，是第n个质点振速信号的第k次采样，是第m个场点声压信号的第k次采样。优选的，所述步骤(3)中初始条件谱和迭代条件谱的计算公式分别为：其中，Sij为N+1个信号的初始条件谱，vi(k)为第i个质点振速信号的第k次采样，vj(k)为第j个质点振速信号的第k次采样，H为共轭转置，Sij·a！为消除前a个有序排列信号的线性作用后的第i个质点振速信号和第j个质点振速信号的迭代条件谱，Sij·(a-1)！为消除前a-1个有序排列信号的线性作用后的第i个质点振速信号和第j个质点振速信号的迭代条件谱，Saj·(a-1)！为消除前a-1个有序排列信号的线性作用后的第a个质点振速信号和第j个质点振速信号的迭代条件谱，Saa·(a-1)！为消除前a-1个有序排列信号的线性作用后的第a个质点振速信号和第a个质点振速信号的迭代条件谱，Sia-(a-1)！为消除前a-1个有序排列信号的线性作用后的第i个质点振速信号和第a个质点振速信号的迭代条件谱，且i,j＞a。优选的，所述步骤(4)中取a＝N-1时，则偏相干函数的计算公式为：其中，为偏相干函数，SNN·(N-1)！为第N个质点振速信号的条件自谱，S(N+1)(N+1)·(N-1)！为第N+1个质点振速信号的条件自谱，SN(N+1)·(N-1)！为第N个质点振速信号和第N+1个质点振速信号之间的条件互谱。优选的，第N个质点振速信号相对应的第N个部分场在第m个测量场点的声压的计算公式为：其中，为第N个质点振速信号相对应的第N个部分场在第m个测量场点的声压，且当m依次取1,2,…,M，则可得到第N个质点振速信号相对应的第N个部分场在1,2,…,M个测量场点的声压与现有技术相比，本专利技术采用质点振速传感器测量的质点振速信号作为参考，由于质点振速衰减快，其能够更好的感应和区别不同的潜在声源，进而提供部分场的分解精度，且直接测量质点振速避免了额外计算，其有利于提高质点振速获取的便捷性和准确率。附图说明图1是本专利技术的基于质点振速的部分场分解方法的仿真示意图；图2是本专利技术的基于质点振速的部分场分解方法的测量纵声长；图3是本专利技术的基于质点振速的部分场分解方法的分解后的第一部分场；图4是本专利技术的基于质点振速的部分场分解方法的分解后的第二部分场；图5是本专利技术的基于质点振速的部分场分解方法与基于声压的部分场分解方法的误差频响对比曲线；图6是本专利技术的基于质点振速的部分场分解方法与基于声压的部分场分解方法的误差随参考位置变化的对比曲线；图7是本专利技术的基于质点振速的部分场分解方法的误差随质点振速方向的变化曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的实施例提供了一种基于质点振速的部分场分解方法，包括如下步骤：(1)在非完全相干声场的的多个不相干声源附近分别一一对应布置多个质点振速传感器，获取多个质点振速传感器形成的质点振速信号，设定非完全相干声场中有多个测量场点；具体设置时，本实施例所述不相干声源为N个，本实施例在上述不相干声源附近布置与其一一对应的N个质点振速传感器，以测量每个不相干声源形成的质点振速信号，假定非完全相干声场中的测量场点为M个，M、N均为自然数，则：v＝[v1,…,vn,…vN]T(1)p＝[p1,…,pm,…pM]T(2)其中，v为质点振速信号，vn为第n个质点振速传感器测量的质点振速信号，T为转置，p为测量场点的场点声压信号，pm为第m个测量场点的场点声压信号。(2)对每个质点振速传感器检测的质点振速信号及每个测量场点的场点声压信号进行取样，并将所有的质点振速信号与其中一个测量场点的场点声压信号进行有序排列；具体测量时，本实施例假定取样次数为k，将所有的质点振速信号和每个场点声压信号均进行k次采样，将质点振速信号与第m个测量场点的场点声压信号进行有序排列，具体的有序排列顺序为：且其中，是第n个质点振速信号的第k次采样，是第m个场点声压信号的第k次采样。(3)计算有序排列的多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于质点振速的部分场分解方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在非完全相干声场的的多个不相干声源附近分别一一对应布置多个质点振速传感器，获取多个质点振速传感器形成的质点振速信号，设定非完全相干声场中有多个测量场点；(2)对每个质点振速传感器检测的质点振速信号及每个测量场点的场点声压信号进行取样，并将所有的质点振速信号与其中一个测量场点的场点声压信号进行有序排列；(3)计算有序排列的多个信号的初始条件谱，相继消除有序排列的多个信号中的部分信号的线性作用，并计算迭代条件谱；(4)计算有序排列的最后两个信号的条件自谱及其之间的条件互谱，并获取偏相干函数；(5)根据有序排列的最后两个信号的条件互谱和偏相干函数计算有序排列的最后一个质点振速信号相对应的部分场在相对应的测量场点的声压；(6)将所有的质点振速信号与其中一个测量场点的场点声压信号重新进行有序排列，重复步骤(3)～(5)，计算任一质点振速信号相对应的部分场在任一测量场点的声压。

【技术特征摘要】
1.一种基于质点振速的部分场分解方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在非完全相干声场的的多个不相干声源附近分别一一对应布置多个质点振速传感器，获取多个质点振速传感器形成的质点振速信号，设定非完全相干声场中有多个测量场点；(2)对每个质点振速传感器检测的质点振速信号及每个测量场点的场点声压信号进行取样，并将所有的质点振速信号与其中一个测量场点的场点声压信号进行有序排列；(3)计算有序排列的多个信号的初始条件谱，相继消除有序排列的多个信号中的部分信号的线性作用，并计算迭代条件谱；(4)计算有序排列的最后两个信号的条件自谱及其之间的条件互谱，并获取偏相干函数；(5)根据有序排列的最后两个信号的条件互谱和偏相干函数计算有序排列的最后一个质点振速信号相对应的部分场在相对应的测量场点的声压；(6)将所有的质点振速信号与其中一个测量场点的场点声压信号重新进行有序排列，重复步骤(3)～(5)，计算任一质点振速信号相对应的部分场在任一测量场点的声压。2.根据权利要求1所述的基于质点振速的部分场分解方法，其特征在于，所述不相干声源和质点振速传感器均为N个，非完全相干声场中的测量场点为M个，M、N均为自然数，则：v＝[v1,…,vn,…vN]T(1)p＝[p1,…,pm,…pM]T(2)其中，v为质点振速信号，vn为第n个质点振速传感器测量的质点振速信号，T为转置，p为测量场点的场点声压信号，pm为第m个测量场点的场点声压信号。3.根据权利要求2所述的基于质点振速的部分场分解方法，其特征在于，所述步骤(2)中取样次数k，并采用第m个测量场点的场点声压信号进行有序排列，则有序排列顺序为：且其中，是第n个质点振速信号的第k次采样，是第m个场点声压信号的第k次采样。4.根据权利要求3所述的基于质点振速的部分场分解方法，其特征在于，所述步骤(3)中初始条件谱和迭代条件谱的计算公式分别为：

【专利技术属性】
技术研发人员：景文倩，吴华伟，丁华锋，聂金泉，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42