【摘要】：噪聲源定位是對噪聲進行有效治理的前提。近場聲聚焦波束形成技術(shù)與近場聲全息技術(shù)是應(yīng)用較為廣泛的傳統(tǒng)近場噪聲源定位技術(shù)。近場聲全息相比于近場聲聚焦波束形成有更高的分辨率,但是近場聲全息技術(shù)在高頻段應(yīng)用受到限制。由于傳統(tǒng)方法受奈奎斯特采樣定律約束,信號即使有大量冗余信息也無法在采樣階段剔除,對物理硬件開銷造成浪費,尤其在結(jié)構(gòu)聲源定位問題中,使得布陣難度變大。而壓縮感知突破了奈奎斯特采樣定律,在采樣階段對信號進行壓縮采樣,這為噪聲源定位提供了新思路。因此本文從壓縮感知理論出發(fā),討論結(jié)構(gòu)聲源時陣列接收的信號的稀疏性表達(dá),并研究基于壓縮感知水下結(jié)構(gòu)噪聲源定位方法。本文先對壓縮感知理論進行介紹,并利用點聲源的空間分布稀疏性研究基于壓縮感知的噪聲源定位算法,最后進行仿真驗證。然而在近場情況下,很少有能夠假設(shè)成點聲源的情況,因此將基于壓縮感知噪聲源定位技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)聲源定位更具現(xiàn)實意義。在很多文獻中,噪聲源定位研究與結(jié)構(gòu)聲輻射是分開的,因此很難給出有說服力的結(jié)果。本文將結(jié)構(gòu)聲輻射與噪聲源定位結(jié)合,通過研究結(jié)構(gòu)聲輻射給出傳遞關(guān)系,并利用傳遞關(guān)系構(gòu)造測量陣的接收數(shù)據(jù)。為了構(gòu)造結(jié)構(gòu)聲源,本文以有限長圓柱殼為例,結(jié)合薄殼理論構(gòu)造了由激勵激發(fā)的聲場。在計算聲場時本文采用了模態(tài)法,并與comsol仿真結(jié)果對比驗證仿真結(jié)果。在研究殼體振動聲輻射時發(fā)現(xiàn),殼體表面各階模態(tài)位移具有稀疏性,由此可知應(yīng)用壓縮感知方法對結(jié)構(gòu)聲源定位是有可行性的。最后通過仿真驗證,采用壓縮感知方法可以用較少的傳感器得到較好重構(gòu)結(jié)果。研究表明,應(yīng)用壓縮感知方法進行噪聲源定位其重構(gòu)結(jié)果的好壞與測量矩陣的性能關(guān)系最密切,至于采用何種重構(gòu)算法更多是影響運算復(fù)雜度,對重構(gòu)結(jié)果的影響遠(yuǎn)不如測量矩陣的性能。并在點聲源近場定位算法中給出仿真證明。而在研究結(jié)構(gòu)聲源定位問題中,結(jié)合模態(tài)位移的稀疏性提出了應(yīng)用壓縮感知方法的可行性,但由于由測量聲壓重構(gòu)模態(tài)位移時,會將噪聲同時計算模態(tài)位移中,所以會得到有誤差的模態(tài)位移,再由這種有誤差的模態(tài)位移計算表面聲場分布時,誤差會被放大,所以本文提到的方法可以在較高信噪比下使用。
【圖文】：

聲壓陣表現(xiàn)有更窄的譜峰。本節(jié)將對聲壓陣和矢量陣建立近場測量模型，并分析在近場情況下，兩種陣的性能哪種更好。圖2.2為水平陣近場測量模型�？臻g有一M元均勻水平陣位于xoy平面并行于y軸，陣元在 y 向分布為 [ ]T1 2......A My =y y y，該水平陣到 yoz 平面的距離為 x。待測聲源面 S 位于 yoz 平面上，設(shè)在聲源面 S 上分布有 N 個聲源， [ ]T1 2...s s s sNy=y y y和[ ]T1 2...s s s sNz =z z z分別為聲源 y 向和 z 向坐標(biāo)矢量。在圖 2.2 中詳細(xì)標(biāo)注了第 i 號聲源與第 m 號陣元之間的空間位置信息。圖 2.2 近場點聲源定位模型根據(jù)聲源與陣列之間的空間幾何關(guān)系，我們可以得到任意聲源與陣元之間的距離，參考圖 2.2，設(shè)第 i 號聲源坐標(biāo)為(0,ysi,zsi),第 m 號陣元坐標(biāo)為(x,ym,0)，則 i 號聲源到 m 號陣元的距離為2 2 2( )im si m sir = x + y y + z(2-25)由此我們可以得到 i 號聲源到各個陣元之間的距離 [ ]T1 2......i i i iMr =r r r

(c) (d)圖 2.3 矢量陣與聲壓陣非相關(guān)性對比圖 2.3(a)為矢量陣水平方向非相關(guān)性，圖 2.3(b)為聲壓陣水平方向非相關(guān)性，量陣垂直方向非相關(guān)性，圖 2.3(d)為聲壓陣垂直方向非相關(guān)性。由圖 2.3 的仿現(xiàn)，水平方向上矢量陣非相關(guān)性略差于聲壓陣，，但在垂直方向上矢量陣明顯優(yōu)。在噪聲源定位問題中，導(dǎo)向矢量矩陣就是壓縮感知的測量矩陣，而非相關(guān)性陣非常重要的性能指標(biāo)。所以在近場噪聲源定位問題中，采用矢量陣更有優(yōu)勢 基于稀疏重構(gòu)法定位仿真主要的應(yīng)用于噪聲定位稀疏重構(gòu)方法有 DAMAS 和 L1-SVD 算法。反卷積 DA能有效地抑制旁瓣增強主瓣。L1-SVD 算法[8,9]通過對測量信號奇異值分解進行，實現(xiàn)減少運算量目的。L1-SVD 算法運算更快。首先介紹 DAMAS 算法[11]，參考聲壓陣測量模型式(2-27)，通過互譜成像波束對聚焦面上第 i 處進行聚焦的輸出表達(dá)式為：H H21bM= v yy vT
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U666.7;U674.76

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 劉敏林;劉伯運;張若愚;;水下結(jié)構(gòu)近場聲全息數(shù)值仿真與試驗研究[J];艦船電子工程;2013年09期

2 梁國龍;馬巍;范展;王逸林;;矢量聲納高速運動目標(biāo)穩(wěn)健高分辨方位估計[J];物理學(xué)報;2013年14期

3 陳玉鳳;黃建國;蘇建軍;;基于稀疏重建和壓縮感知波束形成的高分辨DOA估計[J];魚雷技術(shù);2013年02期

4 孫磊;王華力;熊林林;蔣巖;;基于貝葉斯壓縮感知的子空間擬合DOA估計方法[J];信號處理;2012年06期

5 時潔;楊德森;時勝國;;基于矢量陣的運動聲源柱面聚焦定位方法試驗研究[J];物理學(xué)報;2012年12期

6 褚志剛;楊洋;;近場波束形成聲源識別的改進算法[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2011年12期

7 程廣福;肖斌;王志偉;劉文帥;;柱面多參考統(tǒng)計最優(yōu)近場聲全息研究[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報;2011年01期

8 趙輝;王昌明;焦君圣;何云峰;;基于舷側(cè)陣的MVDR波束形成算法研究[J];船舶工程;2006年06期

9 羅禹貢,楊殿閣,鄭四發(fā),毛曉群,李克強,連小珉;基于近場聲全息理論的運動聲源動態(tài)識別方法[J];聲學(xué)學(xué)報;2004年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 王佳;基于圓柱面陣的封閉空間噪聲源定位方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2017年

2 燕靜波;基于壓縮感知的DOA估計研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年

3 姜智超;水下噪聲源定位識別方法與軟件研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

4 金文超;復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲源水下半空間識別與定位技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

本文編號：2635136