调制气流声源相控阵的非线性声场特性及调制研究

The air-modulated source speaker is a classic frequency spectrum adjustable high-power acoustic source, if a phased array is adopted, we can exert the advantages, and we can expect a foreground of using in the field of military and civil especially in the anti-terrorism. The research on the air-modulated source speaker based phased array has important application background and considerable academic merit..The first related theoretic problem includes the effects and inter-relations between: modulating signal of source and the frequence-related instantaneous development in the source; the input-output characteristics of the array unit and the pattern of source array acoustic field..Another problem is that based on certain array form, including the distribution and number, and on the basis of the requirement of target field characteristics and mode of acoustic field, how to invert the amplitude and phase of inspiring signal of each array unit and the phase modulation technology..There is no relative research on these aspects in the world up to now. This project intends to develop the theoretic and calculation model of the air-modulated source speaker's coupled field itself, the relationship between the frequence-related instantaneous development and the pattern of source array acoustic field in the array unit, the relationship between field mode characteristics of different forms of array and the inspiring modulation vibration system. The research will establish a stable theoretic and technological foundation of the application of air-modulated source phased array speaker system.

调制气流声源是一种经典的频谱可控的大功率强声源，如采用相控阵技术进行组阵，可充分发挥优势，在反恐维稳等军事和民用领域有着重大的应用前景，研究调制气流强声源相控阵有很强的应用背景和重要的学术价值。涉及到的理论问题包括声源调制信号对声源内部复杂的频率相关瞬态流场演化、阵元的输入输出特性对阵列声源声场模式的影响及联系；在一定的阵列形式（分布与数量）和目标的区域特性、声场模式需求下，反演相控阵列各个阵元激励信号的幅值和相位调制技术等。目前国内外尚未开展这方面的研究。本项目旨在建立调制式气流强声源自身的耦合场的理论模型和计算模型，建立调制式气流强声源复杂的频率相关的瞬态流场演化与声源阵元声场模式的关系，不同组阵形式的声场模式特性与振动系统激励调制之间的对应关系，为调制式气流相控阵强声源的工程实现奠定坚实的理论基础和技术基础。

调制气流声源是一种经典的频谱可控的大功率强声源，如采用相控阵技术进行组阵，可充分发挥优势，在反恐维稳等军事和民用领域有着重大的应用前景，研究调制气流强声源相控阵有很强的应用背景和重要的学术价值。涉及到的理论问题包括声源调制信号对声源内部复杂的频率相关瞬态流场演化、阵元的输入输出特性对阵列声源声场模式的影响及联系；在一定的阵列形式（分布与数量）和目标的区域特性、声场模式需求下，反演相控阵列各个阵元激励信号的幅值和相位调制技术等。.针对调制气流声源存在较强的谐波畸变，将声源系统等效为Hammerstein非线性模型，利用该模型下的预失真技术对声源进行非线性补偿研究。根据辨识的Hammerstein模型中静态非线性部分带有直流分量的特点，给出了考虑直流分量补偿的预失真算法，并用数值仿真验证了算法的准确性和直流分量补偿的必要性。实验结果表明，与直接发射相比，补偿发射后声波的功率谱中谐波能量有所下降，而基频能量有小幅度的上升，说明了研究思路的正确性。.首次完成了调制气流声源阵列的相干合成实验。提出了利用主动相位控制方法实现调制气流声源阵列相干合成的思路，探索了基于随机并行梯度下降算法的声源阵列相干合成的原理。对利用该算法实现声源阵列的相干合成进行了数值模拟，完成了双调制气流声源阵列在远场的相干合成实验，并给出算法参数的合理设置方案。实验结果显示，基频成分的相干合成效果明显，算法收敛时测点处的声压级相比单源发射增加了4dB，接近于各单源功率谱中基频成分相干合成、其它频率成分非相干合成的结果；结果表明实验中算法能够有效控制各调制气流声源辐射声波的相位，取得了明显的相干合成效果。.本项目研究建立了调制式气流强声源的理论模型和计算模型，不同组阵形式的声场模式特性与振动系统激励调制之间的对应关系，为调制式气流相控阵强声源的工程实现奠定坚实的理论基础和技术基础。