传声器阵列结合声全息方法是一种经典的声场重构技术,主要应用于机械设备的噪声源识别定位与声品质改善等。目前有关于平面阵列及相应平面声全息方法的研究较多,然而,由于平面阵列无法判别声源相对于测量阵列前后的方向,故其不能很好地应用于存在多个声源结构或有声音反射与散射的三维空间中。针对该方法与技术的局限性,本文开展了球形传声器阵列与球面声全息方法的研究。通过球形阵列采集到三维空间的声场信息,结合球面声全息方法,重构出周围空间及声源结构表面的声压分布,从而为三维空间特别是封闭结构空间中的声源识别定位提供依据。球面声全息方法分为球谐波束形成方法与球面近场声全息方法。本文在数值仿真与全消声室实验中分别分析了这两个方法结合于球形传声器阵列的声场重构与声源识别定位性能,并对两者作了比较。球谐波束形成方法将声场假设为平面波声场或阵列外部点声源辐射的球面波声场,其在中高频范围能够得出良好的空间指向性波束形成结果。但由该方法所选用声场模型的特点,决定了其较适用于开放空间环境;同时,其输出的空间指向性波束形成结果并非三维空间声场,而仅反映空间各处声压值的相对大小。球面近场声全息方法没有作上述声场模型假设,因而适用于开放空间以及封闭空间环境;而且其声场重构遵循严格的空间变换,能由球形阵列采集到的声场信息,重构出阵列外部区域的声压分布。但重构误差会随着重构球面半径的增大而迅速增大,因此该方法仅能在中低频与近场下得出较为精确的结果。除了对球面声全息方法的研究之外,本文还对球形传声器阵列测量前端本身涉及的理论与设计方法进行了研究。主要工作和成果归纳如下:1.综述了封闭结构空间中声场重构的研究进展及球面声全息系统的研究现状。通过分析它们各自的特点,得出球面声全息系统是实现封闭结构空间声场重构的有效工具的结论。2.由声学波动方程开始,对其在球坐标系下的通解进行了推导,并给出了几种常用的声场模型;详细阐述了结合于球形传声器阵列进行声场重构的球面声全息方法的原理,其中球面声全息方法包括球面近场声全息方法与球谐波束形成方法。3.论述了刚性表面球形传声器阵列结合球面声全息方法重构声场由理论转化为实际可应用的过程中遇到的两个问题,并给出了解决方法。第一,确定了各传声器数目下传声器在球形阵列面上的分布位置以及采用球面数值积分法代替球面连续积分得出了近似的声场声压重构结果;第二,采用刚性表面球形传声器阵列测得的总声压数据,基于声场的散射模型,通过球面声全息方法,以较高的精度重构出了入射波声压的三维空间分布。4.在开放空间声场环境下,开展了球形传声器阵列结合球面声全息方法重构声场的数值仿真研究,检验了其在各种参数下声场重构的精度,并对球面近场声全息方法与球谐波束形成方法进行了比较。5.在封闭结构的内部空间声场环境下,进行了球形传声器阵列结合球面近场声全息方法重构声场的数值仿真研究,检验了其声场重构的精度;并且在球形阵列测量声压数据存在误差时,通过在声场重构中加入正则化处理,抑制了声场重构误差的发散趋势。6.在消声室中,基于刚性表面球形传声器阵列,结合球面近场声全息方法或球谐波束形成方法进行了声场重构与声源识别定位的实验,验证了前面仿真中的分析结果;并且介绍了两个工程实际中使用球形阵列在三维封闭结构空间中进行噪声源识别定位的应用案例。7.总结本文的主要研究成果,并对进一步的研究提出了一些展望。