基于全息声压加权范数外推的Patch近场声全息

Patch近场声全息是近年来发展起来的一种新型近场声全息（NAH）技术，它突破了常规NAH对测量孔径尺寸的限制，为NAH的实际工程应用，特别是在大尺寸声源结构上的应用带来了极大的方便。然而现有的Patch NAH方法还存在着计算精度、计算效率以及几何适应性等问题，严重阻碍了该技术的推广。.本课题拟提出基于全息声压加权范数外推的Patch NAH方法，该方法采用加权范数外推法进行声压场外推，并采用常规全息变换算法进行重建，具有计算速度快、精度高、适应性强的优点，有望克服现有方法的不足。本课题将对声场波数谱信息获取，全息声压加权范数外推算法建立，外推及重建过程的稳定性及正则化处理、测量参数的优化选择、误差影响与控制等关键问题展开系统研究，最终形成完善的Patch NAH技术流程，并开发出高性能的Patch NAH 测量分析系统，推动Patch近场声全息技术走向工程应用。

Patch近场声全息是近年来发展起来的一种新型近场声全息（NAH）技术，它突破了常规NAH对测量孔径尺寸的限制，为NAH的实际工程应用，特别是在大尺寸声源结构上的应用带来了极大的方便。然而现有的Patch NAH方法还存在着计算精度、计算效率以及几何适应性等问题，严重阻碍了该技术的推广。. 为克服现有Patch NAH存在的上述缺点，本项目首先从改善Patch NAH算法本身的计算精度入手，提出了基于加权范数外推算法（WNEM）的全息声场外推新方法，该方法通过加权范数在外推计算过程同时引入了全息声场波数谱形状和带宽信息，因此其计算精度优于现有的其他外推方法。在该外推方法的基础上建立了基于WNEM的Patch NAH新技术，该技术明显提高了重建精度；随后针对该方法计算过程中需要进行两次正则化的问题，通过数学推导，将外推与重建过程进行合并，提出了改进型的基于WNEM的单步Patch NAH方法，简化了算法步骤，提高了计算效率，避免了两次正则化造成的误差累积问题；同时，经过理论分析与思考，创造性地将加权迭代过程用于等效源(ESM)法的等效源源强求解过程中，显著提高了源强向量的求解精度，明显提升了NAH重建结果的空间分辨率，从而构建出一种新型得基于迭代加权等效源法(IWESM)的高分辨率NAH技术，进一步提升了NAH技术性能；在对误差来源和控制策略的研究中，发现测量环境条件对Patch NAH结果影响较大，在存在较大反射、散射的环境中直接采用Patch NAH技术进行声源的识别与分析往往效果不理想，即使采用了声场分离技术将相对于全息面不同传播方向的声波进行分离后计算精度依然得不到保证，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,并利用该系统成功对电动机、冰箱蒸发板进行了噪声源识别。研制开发的全息成像软件也成功用于中航集团