基于质点振速测量的Patch近场声全息技术

Patch近场声全息是近场声全息(NAH)这种噪声测量分析前沿技术的进一步深化，该技术突破了常规NAH在全息测量孔径方面的限制，效率、经济性和工程实用价值更高。但在工程应用中仍然存在自由场中声源表面法向振速重建困难和不能用于封闭空间内声场等问题，严重阻碍了该技术的广泛推广。本项目拟基于新型质点振速测量方法探索并解决自由场环境下Patch NAH中存在的声源表面法向振速重建困难问题；联合声场分离技术和Patch算法建立封闭空间内声场的Patch NAH重建和可视化方法；将质点振速测量引入声场分离技术，建立多种新型声场分离方法，创造更加丰富的前处理技术；综合各种声场分离方法和不同Patch重建算法，确定用于封闭空间内声场的高精度Patch NAH分析优化流程；研制一套同时考虑声压测量和质点振速测量，既可用于自由声场也可用于封闭空间内声场的Patch NAH测量分析系统，并用于解决工程实际问题。

Patch近场声全息是近场声全息(NAH)这种噪声测量分析前沿技术的进一步深化，该技术突破了常规NAH在全息测量孔径方面的限制，效率、经济性和工程实用价值更高。但在工程应用中仍然存在自由场中声源表面法向振速重建困难和不能用于封闭空间内声场等问题，严重阻碍了该技术的广泛推广。为解决声源表面法向振速重建困难问题，从引入新型质点振速测量方法和改善Patch NAH技术本身的计算精度两个方面开展了研究工作，并提出了不需要特殊声源和特殊声场的质点振速传感器标定方法、采用质点振速（或声压梯度）作为参考的互谱测量法、改进统计最优NAH重建声源表面法向振速效果的波数域滤波方法、避免了奇异性的瞬态声场质点振速重建方法、基于加权范数外推的迭代Patch NAH算法、分部优化正则化方法、共轭梯度正则化方法以及用于选择正则化参数的改进的Θ曲线法。为解决Patch NAH技术不能用于封闭空间内声场的问题，提出了联合声场分离技术和Patch NAH技术的方法。在理论上建立了两种新型声场分离技术，包括基于双面质点振速测量和空间Fourier变换法的声场分离技术和基于双面质点振速测量和等效源法的声场分离技术。以汽车车厢内的声场为研究对象，开展了大量的在封闭空间内声场中应用Patch NAH的实验研究。另外，研究中还发现仅仅依靠声场分离技术去除来自声源对面的反射或干扰，有时仍不能有效地识别噪声源，原因在于采用声场分离得到的向外的声场实际上是目标声源在自由场环境下的辐射声场和干扰声在目标声源上产生的散射声的叠加，当这个散射声不可忽略时，重建结果会受到比较严重的影响。为消除声源本身对干扰声波的散射，分别基于等效源法和正交球面波叠加法建立了自由场还原技术。由于在实际工程中，很多情况下声场为瞬态声场，因此进一步研究了如何在瞬态声场中实现NAH重建和声场分离，并提出了基于时域插值等效源法的瞬态NAH技术以及一种非稳态声场分离方法。在理论和实验研究的基础上，研制了可供实际使用的NAH测量分析软件系统。本项目的研究成果对NAH技术在实际中的应用推广具有重要意义。项目执行期间，共发表论文16篇，其中被SCI收录7篇，EI收录5篇，另有1篇论文将在2014年3月在声学学报出版；共有3项国家发明专利获得授权；项目组参与了专著《近场声全息技术及其应用》的撰写。