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基于压缩感知的旋转声源多普勒效应消除方法

振动与冲击 2022年第11期41卷 245-251页

作者：张小正李银龙张永斌毕传兴合肥工业大学噪声振动工程研究所合肥230009

消除旋转声源的多普勒效应是监测旋转机械工作状态和定位旋转声源的前提。当前用于消除旋转声源多普勒效应的方法分为频域和时域两种,但是这两种方法都需要在周向均匀布置大量传声器,这不仅增加了测量成本,而且增加了测量工作量。针对... 详细信息

消除旋转声源的多普勒效应是监测旋转机械工作状态和定位旋转声源的前提。当前用于消除旋转声源多普勒效应的方法分为频域和时域两种,但是这两种方法都需要在周向均匀布置大量传声器,这不仅增加了测量成本,而且增加了测量工作量。针对上述问题提出了一种基于压缩感知的多普勒效应消除方法,该方法通过在周向随机布置少量传声器完成周向模态幅值的重构,并根据静止柱坐标系与随声源同步旋转的旋转柱坐标系之间的相对运动关系完成多普勒效应的消除。数值仿真和试验研究都表明采用较少传声器随机布置的方法同基于采样定理均匀布置传声器的方法在消除多普勒效应的效果上基本一致,且所提方法可有效降低测量成本和测量工作量。

关键词：旋转声源多普勒效应压缩感知

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旋转声源辐射噪声的矢量声学研究方法

工程热物理学报 2015年第11期36卷 2380-2383页

作者：徐辰毛义军祁大同西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

通过采用频域方法直接求解旋转声源辐射噪声的声压和声粒子速度矢量,建立了旋转声源辐射噪声的矢量声学研究方法。该方法的最大优势在于提供了一种直观、形象的方法显示声能量的传播途径。基于该方法分别分析了旋转声源在自由空间和边... 详细信息

通过采用频域方法直接求解旋转声源辐射噪声的声压和声粒子速度矢量,建立了旋转声源辐射噪声的矢量声学研究方法。该方法的最大优势在于提供了一种直观、形象的方法显示声能量的传播途径。基于该方法分别分析了旋转声源在自由空间和边界散射情形下的声能量传播特征。

关键词：气动声学旋转声源矢量声学声粒子速度频域方法

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管道内旋转声源频域声场的数值仿真

中南大学学报（自然科学版） 2016年第9期47卷 3058-3065页

作者：付建王永生刘强苏永生海军工程大学动力工程学院湖北武汉430033

为准确计算管道内的旋转声源声场,研究基于改进的点源模型和边界元法的声场仿真方法。首先从时域上将旋转点声源离散为均匀分布在旋转轨迹上的有限的静止点声源,通过静止点声源的依次发声模拟旋转点声源的发声过程;将时域声源变换到频域... 详细信息

为准确计算管道内的旋转声源声场,研究基于改进的点源模型和边界元法的声场仿真方法。首先从时域上将旋转点声源离散为均匀分布在旋转轨迹上的有限的静止点声源,通过静止点声源的依次发声模拟旋转点声源的发声过程;将时域声源变换到频域,然后结合边界元方法即可计算得到管道内所有离散的静止点声源声场,该声场即为旋转点声源声场。验证基于改进点源模型计算旋转声源自由声场以及利用边界元方法计算管道内静止点声源声场的可信性,以泵喷推进器为对象,将泵喷叶片分块划分并等效为偶极源,计算分析导管内的叶轮声场。研究结果表明:以改进的点源模型和边界元法为基础的管道内旋转声源声场仿真方法是有效易行的;对导管内叶轮声场而言,入射声场与散射声场存在较大差异,导管对径向测点处叶轮声场影响较大,对轴向测点处叶轮声场的影响可以忽略。

关键词：旋转声源管道声场泵喷推进器改进的点源模型边界元法

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点源模型在旋转声源声场计算中的推广应用

哈尔滨工程大学学报 2014年第6期35卷 719-724页

作者：付建王永生海军工程大学动力工程学院湖北武汉430033

针对螺旋桨、喷水推进器、风扇等旋转机械,研究了基于点源模型的旋转声源负载噪声频域预报方法。结合点源模型理论,将旋转声源离散为均匀分布在运动轨迹上的有限个固定声源,各声源间时域的迟滞时间转换为频域的相位差,所有点声源声场的... 详细信息

针对螺旋桨、喷水推进器、风扇等旋转机械,研究了基于点源模型的旋转声源负载噪声频域预报方法。结合点源模型理论,将旋转声源离散为均匀分布在运动轨迹上的有限个固定声源,各声源间时域的迟滞时间转换为频域的相位差,所有点声源声场的总和即为旋转声源的声场。结合自由空间旋转点源和旋转力源声场仿真计算,验证了旋转声源离散方法的准确性;计算分析了不同半径、不同频率旋转声源对离散点数的要求;以单个螺旋桨叶片为对象,提出了叶片表面旋转力源按声场网格离散和分块离散的方法,并验证了离散方法的有效性,为点源模型在旋转声源声场中的推广应用提供了前提。

关键词：点源模型旋转声源负载噪声离散点数离散方法

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麦克风阵列安装偏差引起的旋转声源定位误差

航空动力学报 2019年第8期34卷 1708-1716页

作者：鲍欢杨明绥马威上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 上海交通大学航空航天学院上海200240 上海交通大学燃气轮机与民用航空发动机教育部工程研究中心上海200240

对旋转声源定位中3种常见阵列安装偏差即角度偏差、x轴向偏移偏差、z轴向偏移偏差导致的定位误差进行了详细研究。结果表明:当角度偏差在-10°~10°范围内,声源定位位置误差随角度偏差呈近似线性变化,最大定位位置误差为0.089m,定位强... 详细信息

对旋转声源定位中3种常见阵列安装偏差即角度偏差、x轴向偏移偏差、z轴向偏移偏差导致的定位误差进行了详细研究。结果表明:当角度偏差在-10°~10°范围内,声源定位位置误差随角度偏差呈近似线性变化,最大定位位置误差为0.089m,定位强度误差呈随机变化,其中最小定位强度误差为0.97dB,最大为4.69dB;当x轴向偏移偏差在-0.1~0.1m范围内,声源定位位置误差随x轴向偏移偏差呈近似线性变化,最大定位位置误差为0.098m,定位强度误差呈随机变化,其中最小定位强度误差为0.91dB,最大为4.94dB;当z轴向偏移偏差在-0.1~0.1m范围内,最大定位位置误差为0.01m,正偏移偏差引起的定位强度误差总体小于负偏移偏差,其中最小定位强度误差为0.81dB,最大为4.51dB。研究结果可为麦克风阵列在实际应用中控制测量误差提供指导。

关键词：麦克风阵列声源定位安装偏差定位误差旋转声源

旋转叶片高频涡脱落噪声源的双阵列声成像试验研究

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振动与冲击 2021年第7期40卷 148-153页

作者：高建正吴海军蒋伟康上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

旋转叶片的涡脱落噪声是一类典型的指向性声源,但由于叶片的旋转尚无法准确测量旋转叶片涡流噪声的指向性。利用两个平面阵列在叶片旋转面的平行和垂直两个方向对声源进行了声成像试验研究。试验中选择不同的叶片旋转方位角位置对涡脱... 详细信息

旋转叶片的涡脱落噪声是一类典型的指向性声源,但由于叶片的旋转尚无法准确测量旋转叶片涡流噪声的指向性。利用两个平面阵列在叶片旋转面的平行和垂直两个方向对声源进行了声成像试验研究。试验中选择不同的叶片旋转方位角位置对涡脱落气动噪声进行波束形成声成像,通过比较声源在叶片不同方位角以及不同阵列方向的声成像结果验证了旋转叶片涡脱落噪声的指向性,并且分析了不同的叶片旋转方位角对涡脱落噪声的影响。试验结果验证了双阵列声成像测量方案的可行性和有效性,成像结果的对比表明使用的NACA0012桨叶在2.5 kHz下的旋转气动噪声源为指向性声源。

关键词：气动噪声声源定位麦克风阵列波束形成旋转叶片旋转声源指向性声源双阵列声成像

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不同插值方法对残缺环阵声源定位的影响

航空动力学报 2023年第2期38卷 394-407页

作者：李梦璇杨明绥马威上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 上海交通大学航空航天学院上海200240 上海交通大学燃气轮机与民用航空发动机教育部工程研究中心上海200240

研究了利用不完整麦克风阵列进行声源定位的算法,通过修正傅里叶插值、B样条插值和三次样条插值对残缺麦克风阵列的交叉互谱矩阵的插值补偿,获得了声源定位算法。通过数值模拟对声源定位算法进行了验证,发现在波束形成的声源强度上,傅... 详细信息

研究了利用不完整麦克风阵列进行声源定位的算法,通过修正傅里叶插值、B样条插值和三次样条插值对残缺麦克风阵列的交叉互谱矩阵的插值补偿,获得了声源定位算法。通过数值模拟对声源定位算法进行了验证,发现在波束形成的声源强度上,傅里叶插值模拟结果最大偏差达到5.21 dB,B样条插值为1.17 dB,三次样条插值为0.80 dB;在声源位置偏差上,傅里叶插值为0.04 m,B样条插值为0.01 m,三次样条插值为0.01 m。结果表明傅里叶插值计算得到的声源定位的强度、位置精度和动态性能最差,三次样条插值最优,B样条插值表现一般。实验验证也得出类似的结论,因此利用三次样条插值计算不完整麦克风阵列的交叉互谱矩阵最佳。

关键词：波束成形残缺麦克风阵列旋转声源声源定位虚拟旋转阵列

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面向旋转声源的高分辨率声源定位算法研究

面向旋转声源的高分辨率声源定位算法研究

作者：黄乾浙江大学

学位级别：硕士

噪声污染现如今已经是三大主要环境问题之一,在各类机械设备产品中,又尤以旋转机械产生的噪声最为显著,其往往与旋转机械的故障以及结构设计存在着紧密联系,而且还严重危害人体健康。利用麦克风阵列进行声源定位可以有效辨识声源特性和... 详细信息

噪声污染现如今已经是三大主要环境问题之一,在各类机械设备产品中,又尤以旋转机械产生的噪声最为显著,其往往与旋转机械的故障以及结构设计存在着紧密联系,而且还严重危害人体健康。利用麦克风阵列进行声源定位可以有效辨识声源特性和预测声场辐射特性,有助于从根本上控制噪声源。由于旋转声源存在多普勒效应,而且声源位置与扫描网格点无法实时对应,常规的声源定位方法无法定位旋转声源。针对该问题,本文围绕旋转声源的高精度高分辨率定位展开研究,主要内容如下:（1）对旋转声源的多普勒效应进行了理论推导和数值仿真,分析了由多普勒效应引起的频率和幅值波动。针对旋转声源定位的主要问题,提出了两种旋转声源波束形成方法——基于相位平均的波束形成方法（Phase Averaging Beamforming,PA-BF）和基于时域去多普勒技术的波束形成方法（Time-domain De-doppler Beamforming,TD-BF）。PA-BF的优势在于操作简单,且所有适用于静止声源的方法都可以直接应用到此框架中;TD-BF的优势在于可以完全消除多普勒效应,还能够避免频域去多普勒对于声源运动的低速小位移限制。数值仿真考察了所述的两种方法的适用范围,并验证了所述方法的有效性和抗噪性。（2）在PA-BF和TD-BF基础上开发高分辨率算法。将经典的解卷积算法（Deconvolution Approach for the Mapping of Acoustic Sources,DAMAS）引入到相位平均波束形成的模型中,得到高分辨率定位算法PA-DAMAS,并推导出一个表征声源定位分辨率的点扩散函数（point spread function,PSF）。基于等效源假设以及时域去多普勒波束形成建立旋转声源的能量传播前向模型,引入正则化求解方法LASSO（Least Absolute Shrinkage and Select Operator）和LAR（Least Angle Regression）,得到基于时域去多普勒的高分辨率算法TD-LASSO和TD-LAR。随后通过数值仿真验证了方法的有效性。（3）开展旋转声源定位试验研究。在消声室的试验中,本文所述方法能够成功定位出旋转蓝牙音箱的单频声源以及工业风扇气动噪声源,且工业风扇声源主要位于叶梢位置。在风机生产车间中,变转速轴流式风机的测试结果显示该风机的气动噪声源主要位于叶片后缘靠近叶梢的位置,推测可能是尾缘涡脱落噪声。试验结果还表明对于宽频噪声而言,中心频率越高,噪声源强度越低,同时声源位置也沿着风机径向逐渐向外移动。另一台轴流式风机试验结果表明,本文所述方法能够准确识别叶片上加装的涡流发生器引起的翼尖涡噪声源。本文研究了旋转声源定位方法,然后结合波束形成的能量传播前向模型,开发出面向旋转声源的高分辨率定位方法,并通过试验验证了算法的有效性。除此之外,本文所述方法可以准确定位出轴流式风机的气动噪声源以及涡流发生器的翼尖涡噪声源,从而能够对旋转机械的声学故障诊断以及降噪设计提供一定的技术支持。

关键词：波束形成旋转声源声源定位多普勒效应气动噪声

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混合时频域旋转声源识别方法研究

混合时频域旋转声源识别方法研究

作者：张鑫重庆大学

学位级别：硕士

基于麦克风阵列的波束形成方法具有直观可视化、高效、适用于中高频噪声、能识别运动声源、可进行中长距离测量等诸多优势,广泛用于汽车、风机、飞机等领域的噪声源识别中。旋转声源波束形成方法是波束形成的重要分支。其中,混合时频域... 详细信息

基于麦克风阵列的波束形成方法具有直观可视化、高效、适用于中高频噪声、能识别运动声源、可进行中长距离测量等诸多优势,广泛用于汽车、风机、飞机等领域的噪声源识别中。旋转声源波束形成方法是波束形成的重要分支。其中,混合时频域旋转声源识别方法能够适应不同阵列形式而具有实用性。本文详细分析了基于反卷积声源成像方法(DAMAS)和非负最小二乘(NNLS)的混合时频域方法,指出这两种方法不足,并提出克服上述不足的两种新的混合时频域方法。首先确认由于旋转声源导致的多普勒效应,对比分析传统时域延时求和(DAS)和时域追踪DAS两种方法,验证时域追踪DAS方法能够有效识别旋转源。在不同采样率下,分析基于DAMAS和NNLS的混合时频域方法,指出DAMAS方法对于采样率敏感,而NNLS计算效率慢。明确指出采样率对混合时频域方法的影响,即采样率越高,时间延迟估计误差越小,时域DAS精度越高,混合时频域方法的综合收敛性越好。然后,为降低采样率要求,在低采样率下以高效率获得良好声源识别性能,考虑主声源通常具有空间稀疏分布特性,将快速迭代收缩阈值算法(FISTA)用于求解混合时频域问题,并从综合收敛性能、聚焦点数、源强积分、计算效率等方面与DAMAS和NNLS对比,验证FISTA对采样率不敏感、综合性能更优。进一步,在声源识别反卷积模型中引入分裂变量,构建分裂增广拉格朗日(SALSA)声源识别反卷积模型,通过交替方向方法来迭代求解该模型。将SALSA和FISTA对比结果表明:SALSA方法声源识别性能更优、效率更高、收敛更快。最后,进行了不等强度双旋转声源试验,结果表明SALSA的综合性能最优、FISTA次之、DAMAS和NNLS一般,结论与仿真分析一致。

关键词：旋转声源混合时频域方法反卷积模型分裂增广拉格朗日收缩算法