基于圆柱面阵的封闭空间噪声源定位方法研究

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噪声源的定位是对噪声进行有效治理的前提。在对噪声源定位的技术中,近场声全息技术和波束形成技术的应用较为广泛。近场声全息技术在低频段的分辨率较高,但在高频段需要增加阵元个数以保证其定位效果。与近场声全息相比,虽然波束形成技术在低频段的分辨率较低,但在高频段能利用较少的阵元达到较好的定位效果。这两种技术中,平面阵等二维阵列应用较多,但其不宜用于整个三维空间内噪声源的定位。圆柱面阵列与之相比可以记录更为全面的三维声场信息,在噪声源定位方面具有优势。对近场声全息和波束形成噪声源定位技术的研究多基于自由场空间,在飞机、汽车、舰船舱室等封闭空间内,这两种技术的噪声源定位性能会大大下降。因此,本文研究了声场分离和声强聚焦波束形成方法提高封闭空间内噪声源定位性能,基于圆柱面阵,采用柱面近场声全息和聚焦波束形成联合的噪声源定位方法对封闭空间中的噪声源进行定位。本文首先对柱面近场声全息及声场分离的原理进行介绍。建立了近场条件下柱面阵的接收数据模型,介绍了声强聚焦波束形成的基本理论。然后对近场声全息和聚焦波束形成的定位性能进行仿真分析。考虑到工程的实用性,分析了非完整柱面阵对这两种技术定位性能的影响。讨论了这两种技术的分辨率,以此对二者的有效噪声源定位频带进行划分。考虑到封闭空间内实际的声场分布情况,利用COMSOL软件对封闭空间内的声场进行仿真,提取封闭空间内双层圆柱面阵测量的声压数据,在低频段采用柱面近场声全息技术进行噪声源定位,在高频段采用声强聚焦波束技术进行噪声源定位。讨论了柱面阵的各种参数对定位性能的影响,设计加工了双层柱面扫描阵。利用该阵在封闭的舱段模型内进行了噪声源定位试验,验证本文所提方法对封闭空间内噪声源定位的有效性。最后编写了数值仿真和试验数据处理的柱面阵噪声源定位软件,设计了操作界面。研究表明,柱面近场声全息和声强聚焦波束形成分别对封闭空间内的低频段噪声源和高频段噪声源具有较好的定位性能。将两种方法联合进行封闭空间噪声源定位,克服了近场声全息高频段定位性能差和聚焦波束形成低频段的定位精度不高的缺陷,实现在封闭空间条件下宽频带范围内、近场及远场中的噪声源定位。
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