【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风洞试验领域，具体涉及一种面向表面脉压波数-频率谱测量的线阵列数据处理方法。
技术介绍
1、湍流边界层脉动压力是空、天、海以及地面快速交通系统领域极为关注的问题，一方面会向外直接辐射噪声，另一方面会引起壁面结构流激振动，导致结构疲劳的同时形成二次声源。开展飞行、风洞、水洞、自航模等试验是获得湍流边界层脉动压力特征的最主要手段，其中表面阵列法的应用有效提升了这方面的试验能力。一维线阵列是测量流向方向波数-频率谱的重要装置，通过沿着来流方向采集多通道脉动压力信号，进而运用数据处理方法从而获得流向方向波数-频率谱。数据处理方法的核心是对物理定义式的数学离散化算法，利用计算机运用该算法处理一维线阵列获得的脉动压力数据，可以获得所测量的流向波数-频率谱。然而，当前数据处理方法存在一些不足。有的数学离散方法与物理定义式关联度不够，所测量的结果并非波数-频率谱；有的算法过于老旧，仍在采用最原始的时间空间傅里叶变化直接算法(如专利申请号202410305380.3)，无法将当前最新且可并行计算提升速度的互谱矩阵计算方法进行应用。因此，对于一维线阵列，仍需对数据处理方法进行提升。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对当前面向湍流边界层脉动压力波数-频率谱测量的一维模型表面线阵列数据处理方法不足，提出了一种新的数据处理方法。
2、本专利技术所采用如下技术方案：
3、一种基于粒子群优化算法的湍流边界层脉动压力二维测量阵列阵型设计方法，包括以下步骤：
5、将具有m个通道一维线阵列安装在试验模型表面，连接好线路、数据采集设备、上位机，检查无误后开展风洞/飞行/水下试验，采集相关脉动压力信号。
6、步骤二：计算阵列信号互谱矩阵；
7、设互谱矩阵表示为，即为维矩阵，其元素为互谱函数，其中 m、 n代表第 m、 n个传感器，具体定义如下：
8、脉动压力在任意两点时间-空间相关函数表示为：
9、 （1）
10、(1)式中p为脉动压力，和表示为任意两点空间位矢坐标且为坐标差, 与表示为两点时间。 “<>” 表示为系综平均， “*” 表示为共轭复数. 当tbl脉压为稳态且各向同性时，式即与和无关, 可写为，则a、b之间互谱可表示为：
11、 (2)
12、（2）式中，当为零时即转化为自谱，即变为；c为实验系数，根据所选用傅里变换形式，其值为1或。波数-频率谱是对时间空间相关函数做时间与空间域的傅里叶变换，即：
13、 (3)
14、这里是波数向量，和为流向、展向波数，同理，为。为指数，根据傅里叶变换维数可以是0、1、2或3。这里有以下关系：
15、 (4)
16、此外，式(3)也可写为:
17、 (5)
18、互谱矩阵（cross-spectrum matrix ，csm）包含了所有传感器之间互谱，用表示互谱则有：
19、 (6)
20、此外，若交换 m、 n位置，则有以下关系：
21、 (7)
22、即与是复数共轭的。为实现计算机并行计算，对式(6)进行离散化，则：
23、 (8)
24、其中， n为数据分块长度,代表求期望,采样时间间隔。如有需要，可采用并行计算方法计算每个值提升计算效率。
25、步骤三：以互谱矩阵为输入，基于直接离散算法计算流向波数-频率谱结果；
26、对于一维波数-频率谱，即流向波数-频率谱式(3)转化为：
27、 (9)
28、式 (9)即为线阵列所获得的波数-频率谱测量的物理定义式。为开展测量，需对式(9)进行离散。基于各向同性假设，离散需将所有不同进行求和，其中为阵列传感器间距。依据各项同性假设，当两个传感器相距距离相同时（即相同），无论是哪两个传感器，其相同，因此只需选取其中一个即可。综上，对于式 (9)离散可表示为：
29、 (10)
30、即：
31、 (11)
32、上式即为波数-频率谱直接离散算法核心公式，可计算出用于波数-频率谱计算。计算过程中如有需要（如传感器个数较多），可采用并行计算方法求得求和符号后的每一项值，然后再求和，从而提升计算效率。
33、步骤四：以互谱矩阵为输入，基于平均离散算法计算流向波数-频率谱结果；
34、各向同性假设为理论结果，实际测量中当两个传感器相距距离相同时，互谱测量结果仍有差别。为进一步降低相关影响，对不同组相距距离相同的传感器互谱值取平均，在带入连算法，可降低误差影响，例如：
35、 (12)
36、因此，式(11)可优化为：
37、 (13)
38、上式即为波数-频率谱平均离散算法核心公式，可计算出用于波数-频率谱计算。同理，该方法也可采用并行计算提升计算效率。
39、步骤五：对比步骤四、步骤五两种离散算法所获结果，选取最优值作为最终测量结果。
40、将直接离散算法与平均离散算法结果进行对比，选取合适结果作为一维波数-频率谱阵列输出。具体选取标准可根据工程需求进行选择，如与经典预测模型进行对比。
41、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
42、直接由湍流边界层脉动压力流向波数-频率谱物理定义式获得，与物理定义式具有直接关联性；运用了互谱矩阵方法，大幅提升了计算分析能力。此外，如有需要，在互谱矩阵计算、直接离散算法、平均离散算法中均可采用并行计算，大幅提升计算速度。
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1.一种面向表面脉压波数-频率谱测量的线阵列数据处理方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向表面脉压波数-频率谱测量的线阵列数据处理方法，其特征在于：在S3和S4的计算过程中，先采用并行计算方法求得求和符号后的每一项值，然后再求和。
【技术特征摘要】
1.一种面向表面脉压波数-频率谱测量的线阵列数据处理方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向表面脉...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵鲲，杨玫，章荣平，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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