【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于噪声控制，具体涉及一种基于匹配追踪的参量次级声源空间优化配置方法。
技术介绍
1、随着声纳探测技术向低频化发展，水下潜器在执行任务中暴露风险不断加剧。水下潜器辐射噪声线谱的噪声源分布复杂、线谱幅度频率不稳定，实现水下潜器噪声控制面临重大挑战。噪声有源控制技术在声传播路径上对水下结构辐射噪声进行抵消，具有较好的低频控制效果，因而受到极大的关注。但目前噪声有源控制领域中的次级声源布局仍缺少理论性指导，传统均匀布局方法无法充分利用每个次级源，不仅增加了次级声源冗余量，还增加了控制系统计算量。
2、受系统实现代价(运算能力、硬件复杂度等)的限制，有源噪声控制应用于实际工程中必须优化次级声源布局，这一问题已成为有源噪声控制技术实用化的关键性问题(陈克安,胥健,王磊等.基于声场分解和稀疏正则化的二维空间次级声源布局优化[j].西北工业大学学报,2019(4):697-703.)。误差传感器与次级声源的布局合理性对有源噪声控制系统的控制效果具有直接影响两者之一空间位置布局确定时，若另一个布局空间位置不合理，则系统稳定性将受到影响，导致噪声控制效果明显下降。此外，二者的布局数量也会直接影响有源噪声控制系统的复杂度和控制效果(李双,陈克安.有源声学结构次级声源的布放规律研究[j].机械科学与技术,2016(11):1351-1357.)。布局数量不足时，则可能导致噪声控制区域控制效果不理想。反之，可能导致系统复杂度过高，进而导致实际应用成本超标、系统稳定性和可靠性失调、控制器实时性能降低等问题(陈克安.有源噪声控制.第2
3、本专利技术针对水下圆柱壳结构远场辐射噪声有源控制中次级声源布局问题，采用具有强指向性的参量阵声源作为次级声源，结合匹配追踪优化算法对给定数量的参量次级声源进行空间优化布局。针对水下结构远场辐射噪声在全空间范围内进行定向控制，提高了次级声源利用率的同时降低了系统复杂度，为水下结构有源噪声控制技术应用奠定理论基础。
技术实现思路
1、本专利技术针对采用参量阵声源作为次级声源控制水下结构辐射噪声领域中参量次级声源空间布局问题，提出基于匹配追踪的参量次级声源空间优化配置方法。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、(1.1)在噪声控制区域均匀选取m个噪声监测位置，并从1至m进行编号记录，通过布放m个误差传感器拾取辐射噪声声场声压，按其编号组成m维辐射噪声向量b。
4、次级声源与误差传感器布局对噪声存在相互耦合关系制约控制效果，对二者之一进行优化布局时需保证另一方为固定布局。为了给次级声源提供优化布局参数，将在噪声控制区域内均匀选取误差传感器布放位置，采用了斐波那契网格划分法在远场球形包络面上均匀划分出了m个网格交汇点，以交汇点作为误差传感器布放位置能够形成密集噪声监测包络面，更好的衡量全空间噪声控制效果。
5、
6、式中，xm、ym、zm表示远场球形包络面上均匀划分出的网格交汇点位置坐标，即误差监测传感器布放位置坐标，m表示误差监测传感器布放位置数量，m表示误差监测传感器编号，r表示远场球形包络面半径，κ表示黄金分割率。
7、通过给定误差监测传感器布放位置数量m和远场球形包络面半径r，采用斐波那契网格划分法能够在半径为r的球形包络面上足够均匀的选取出m个误差监测传感器布放位置。根据其对应标号m，依次排序后获得m维向量，即辐射噪声向量b。
8、
9、式中，bm表示球面空间上(xm,ym,zm)位置处编号为m的误差监测传感器拾取的声压信息。
10、(1.2)在水下结构表面以等间隔的形式均匀切密集的选取出nv个参量次级声源待选布放位置，并保证全部待选位置处布放参量次级声源后其准直方向能够在全立体角范围内呈均匀分布，同时从1至nv进行编号记录。以待选参量次级声源位置及对应的准直方向和m个误差监测传感器位置为基本参数，结合参量阵准直束模型构建出m行nv列的参量次级声源待选声传递矩阵h。
11、在水下圆柱壳结构表面以轴向等间距、周向等弧度间隔的形式选取出nv个参量次级声源待选布放位置，使其能够均匀的覆盖在水下结构表面，尽量使待选布放位置处的参量次级声源准直方向在全立体角内均匀分布。
12、通过波动方程推导，获得单个参量次级声源差频声场解析表达式如下式所示：
13、
14、式中，pd表示参量次级声源差频声场中任意观测点位置处的复声压值，r为观测点位置距参量次级声源等效声中心的距离，θ表示测点位置处偏离准直方向偏角，β为介质非线性系数，wd与kd分别为参量差频声波频率和波数，s为参量次级声源辐射截面面积，ρ为水介质密度，c0为水介质中声速，dw(θ)与darg(θ)分别为参量次级声源差频声场幅度指向性和相位指向性，其具体如下所示：
15、
16、式中，表示参量阵泵波初始相位差，φ可表示为：
17、
18、式中，αs表示参量阵泵波衰减系数之和。
19、对于水下结构表面任意位置处布放的参量次级声源，其在噪声控制区域内m个误差传感器位置处的声压贡献可通过坐标平移变换进行表示。以水下结构中心和参量次级声源布放位置分别建立坐标系，则对于编号为v的参量次级声源带布放位置出布放的参量阵，其在噪声控制区域内编号为m的误差传感器位置处的声压贡献可表示为：
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21、
22、式中，rvm和θvm分别表示第m个噪声监测位置距第v个参量次级声源待选位置的距离及偏离准直方向的空间夹角，tm、pv分别表示第v个参量次级声源待选位置和第m个噪声监测位置，h表示tm到第v个参量次级声源准直方向的垂直距离，为参量次级声源准直方向向量，xt、yt、zt与xt、yt、zt分别表示tv和pm位置坐标。
23、根据参量次级声源辐射差频声场解析表达式，结合上述参数可计算获得任意位置处布放的参量次级声源对m个误差监测传感器位置出的声压贡献。
24、
25、将参量次级声源差频解析式的极坐标参数改写为三维直角坐标参数，具体为：
26、
27、式中，与分别表示pv位置和tm位置在以结构中心为原点的坐标系下的位置向量。因此，在tm位置和参量阵准直方向确定的条件下，rvm和θvm均仅为pv的函数。所以，对于结构表面任意位置处、沿任意准直方向布放的参量次级声源对tm位置处的复声压贡献可通过下式表示：
28、
29、式中，pd_vm表示第v个待选位置的参量次级声源对第m个噪声监测位置处的声压贡献，即参量次级声源次级声传递函数，k为受介质、声波频率等参数影响的常数。
30、
31、式中，β为介质非线性系数，wd为参量次级声源差频声波频率，s为参量次级声源辐射截面面积，ρ为水介本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于匹配追踪的参量次级声源空间优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于匹配追踪的参量次级声源空间优化配置方法，其特征在于，在球形包络面上误差监测传感器位置确定的条件下，采用匹配追踪方法开展参量次级声源优化布局，采用了斐波那契网格划分法在远场球面空间上均匀划分出了M个网格交汇点，并将其作为误差监测传感器布放位置，保证了误差监测传感器位置选取的均匀性和全覆盖特性；
3.根据权利要求1所述的一种基于匹配追踪的参量次级声源空间优化配置方法，其特征在于，采用了具有低频、宽带、高指向性特性的参量阵声源作为次级声源，在给定数量的条件下，通过在噪声控制区域布放误差监测传感器和结构表面选取待选布放位置构建出待选声传递矩阵，并根据内积计算衡量参量次级声源待选声传递矩阵中各传递函数与辐射噪声的匹配程度，择优选则传递函数及其对应的待选布放参数作为实际布放参数；
4.根据权利要求1所述的一种基于匹配追踪的参量次级声源空间优化配置方法，其特征在于，通过辐射噪声共轭向量B*与待选声传递矩阵H中的所有列内积计算，逐次匹配出最佳传递函数
...【技术特征摘要】
1.一种基于匹配追踪的参量次级声源空间优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于匹配追踪的参量次级声源空间优化配置方法，其特征在于，在球形包络面上误差监测传感器位置确定的条件下，采用匹配追踪方法开展参量次级声源优化布局，采用了斐波那契网格划分法在远场球面空间上均匀划分出了m个网格交汇点，并将其作为误差监测传感器布放位置，保证了误差监测传感器位置选取的均匀性和全覆盖特性；
3.根据权利要求1所述的一种基于匹配追踪的参量次级声源空间优化配置方法，其特征在于，采用了具有...
【专利技术属性】
技术研发人员：张昊阳，张贺，时洁，时胜国，胡博，李松，樊博，孙闻伯，曹源，施浩康，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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