【摘要】：高速車輛等高速運(yùn)載工具的噪聲會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲污染。這類高速車輛的噪聲源是一種在大尺度開放空間內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)、寬帶、多源的復(fù)雜噪聲源,對(duì)其進(jìn)行定量識(shí)別并掌握其發(fā)聲和聲場(chǎng)傳播特性是進(jìn)一步進(jìn)行噪聲污染防治的重要前提。現(xiàn)有的各種聲場(chǎng)測(cè)量方法和技術(shù)由于原理及性能的限制,無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)這種高速運(yùn)動(dòng)車輛復(fù)雜聲源的定量測(cè)量及聲場(chǎng)再現(xiàn)。本文提出了高速聲源的多普勒效應(yīng)消除方法,建立了適用于高速聲源識(shí)別的聲全息方法。以高速運(yùn)動(dòng)車輛為研究目標(biāo),建立高速運(yùn)動(dòng)點(diǎn)聲源的聲輻射模型,利用無(wú)損精度的非簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)聲源聲輻射模型進(jìn)行多普勒效應(yīng)消除。通過(guò)引入聲源特征函數(shù)和單點(diǎn)積分法實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜模型的解逆,進(jìn)而提出了適用于大馬赫數(shù)聲源信號(hào)多普勒效應(yīng)消除的方法。在單點(diǎn)聲源多普勒效應(yīng)消除方法的基礎(chǔ)上,提出了多聲源信號(hào)多普勒效應(yīng)消除的獨(dú)立性條件,證明了滿足獨(dú)立性條件的多聲源可視為多個(gè)單點(diǎn)聲源獨(dú)立消除多普勒效應(yīng)。建立了適用于高速聲源識(shí)別的聲全息方法,驗(yàn)證了高速聲源多普勒效應(yīng)消除方法對(duì)高速聲源信號(hào)幅值和頻移修正的有效性,實(shí)現(xiàn)了高速聲源的有效識(shí)別,信號(hào)幅值和頻移的修正為進(jìn)行高速聲源的定量重建奠定了基礎(chǔ)。揭示了基爾霍夫衍射聲全息進(jìn)行聲源定量重建的孔徑誤差機(jī)理,建立了基于孔徑誤差修正的聲全息方法。將基爾霍夫衍射積分從封閉曲面區(qū)域推廣到有限平面區(qū)域,利用菲涅爾近似波帶法推導(dǎo)出有限平面積分區(qū)域與積分結(jié)果定量精度的關(guān)系,進(jìn)而建立了全息孔徑角與全息重建定量精度的數(shù)學(xué)關(guān)系。利用空間加窗方法抑制了信號(hào)空間截?cái)嗟哪芰啃孤?提高聲源識(shí)別的分辨率,優(yōu)化了聲全息的識(shí)別效果。建立了基于孔徑誤差修正的定量聲全息方法,將等效源和動(dòng)態(tài)波疊加方法與聲全息方法結(jié)合,通過(guò)重構(gòu)全息數(shù)據(jù)擴(kuò)展全息面尺寸,增大全息孔徑角,提高了聲全息定量識(shí)別的精度。提出了分析真實(shí)聲源近場(chǎng)倏逝波成分的近似聲源模型法,解決了聲全息方法定量重建驗(yàn)證方案中的聲源模型誤差問(wèn)題,揭示了遠(yuǎn)場(chǎng)條件下聲全息定量重建結(jié)果的物理意義。驗(yàn)證了使用簡(jiǎn)單源模擬線聲源、面聲源方法的可行性,分析了單極子、偶極子、四極子三類簡(jiǎn)單源的近場(chǎng)倏逝波成分特性,建立了運(yùn)用簡(jiǎn)單聲源對(duì)真實(shí)物理聲源進(jìn)行模擬的近似聲源模型法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)真實(shí)聲源前任意位置倏逝波成分的計(jì)算,并通過(guò)真實(shí)聲源測(cè)量證明了近似模型方法可以有效地解決聲全息定量重建中聲源模型誤差的修正問(wèn)題,使聲全息的定量精度得到進(jìn)一步提高,實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速聲源定量聲全息方法更為嚴(yán)格的驗(yàn)證。在高速車輛聲源定量識(shí)別方法的理論基礎(chǔ)上,自主設(shè)計(jì)開發(fā)高速車輛聲源定量識(shí)別測(cè)量系統(tǒng),利用聲陣列系統(tǒng)和雙目視覺(jué)系統(tǒng)同步進(jìn)行聲場(chǎng)和實(shí)景圖像采集,利用雙目視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行空間測(cè)量和目標(biāo)聲源測(cè)速,并通過(guò)聲場(chǎng)可視化技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)高速車輛聲源的定量測(cè)量及聲場(chǎng)可視化再現(xiàn)。利用該系統(tǒng)對(duì)實(shí)際運(yùn)營(yíng)的京津城際高速列車進(jìn)行了測(cè)量實(shí)驗(yàn),對(duì)高速車輛進(jìn)行聲源特性分析和主要噪聲源的定量識(shí)別,實(shí)現(xiàn)了高速車輛聲源定量識(shí)別方法的驗(yàn)證,首次獲得了高速車輛的聲全息定量測(cè)量結(jié)果。本文的創(chuàng)新性研究成果將聲源識(shí)別和定量測(cè)量方法的適用范圍擴(kuò)展到高速領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)了對(duì)未知聲學(xué)現(xiàn)象的探索和發(fā)現(xiàn),揭示了高速車輛噪聲源的分布特性,為進(jìn)一步開展噪聲防治和搭建環(huán)評(píng)模型提供了依據(jù),為低噪聲高速車輛的研制及其噪聲防治提供技術(shù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TB535

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2585097