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近场声全息(Nearfieldacousticholography,NAH)是声场可视化重要的手段，通过在紧靠声源的全息测量面上测量声压，借助源面和全息面之间的空间场变换关系，由全息面声压重建源面的声场，包括声压分布，表面法向振速，声强向量场分布等。NAH技术特别适用于声源特性、声源定位、及结构的振动模态等研究。NAH近二十年来深受国内外研究者的关注，发展很快，主要围绕平稳声场问题，而对于非平稳声场的NAH研究很少有人涉及。因此，将NAH理论和方法推广到非平稳声场，即研究基于非平稳信号分析理论的近场声全息的新理论和新方法，是很有必要的。
循环平稳(Cyclostationary)信号是一类特殊的非平稳信号，近十几年来，循环统计量理论开始应用于机械设备状态监测和故障诊断领域，研究热点在于二阶循环统计量分析。循环平稳信号的信息可以同时表现在循环谱密度三维图及其对应于循环频率的剖面图中，能提供比频谱更多的信息。循环谱密度具有对循环平稳信号的解调能力，通过非线性变换和循环因子的共同作用，可以获取循环平稳信号中的周期成分，将调制信息直接解调到循环频率轴上。在各类故障发生时所产生的冲击、摩擦等因素的作用下，内燃机、滚动轴承等旋转机械的辐射声场具有循环平稳的特性，但关于循环平稳声场的研究却鲜有报道。
目前，NAH技术的全息图给出声压的频谱分布或功率谱分布，用于分析循环平稳声场时，无法充分考虑和利用循环平稳信号的周期时变特征，不可避免地丢掉了某些频率成分上的能量随时间变化方面的信息。而这些信息许多情况下有助于了解声场形成的机理，揭示出声源的物理特性。更重要的是，通常循环平稳声信号伴有明显的调制现象，在此类声场信号频谱或功率谱密度上，载波信号和调制信号混在一起，以载波信号为中心.在频域上出现一系列的边带。对循环平稳声场进行传统的NAH研究时，由于边带()扰，其全息图无法显示出声信号中一些反映系统特性的调制信息的能量分布。文在NAH理论和循环平稳信号处理技术的基础上，提出更加适合于分析旋转机()备辐射声场的NAH新技术，将以往只能适用于平稳声场的NAH技术，推广到特殊的非平稳声场——循环平稳声场，建立了循环平稳声场的近场声全息的变换理方法，研究了影响声场重建误差的主要因素，并进行了相应的实验研究。本文的研究工作得到了国家自然科学基金(批准号：No.10474065)的资助。
本文采用理论建模、数字仿真与实验研究相结合的研究路线，以二阶循环统计量作为声场重建的物理量，研究了适用于循环平稳声场这类特殊的非平稳声场的近场声全息理论，本文的主要内容如下：
(1)综述了近场声全息技术的国内外研究现状及进展，重点总结了全息面数据采集技术、重建算法研究及工程应用等方面的成果和存在的问题，并从理论分析与工程应用的角度出发，简要阐述了本文的选题背景与研究意义。
(2)在平面共形结构NAH技术和二阶循环统计量理论的基础上，建立了适用于完全相干声场的平面共形结构循环平稳近场声全息(Cyclostationarynearfieldacousticholography，CYNAH)理论。首先研究了单参考源传声器阵列扫描技术在循环平稳声场中的应用，提出了不同于平稳声场的消除扫描过程中各扫描步采集信号间的相位差的新技术；接着，提出了循环平稳声场的重建技术，采用声压的循环谱密度代替频谱和功率谱密度作为声场重建的物理量，CYNAH全息图反映了声场中各点声压的循环谱密度分布，与NAH分析得到的声压的功率谱密度分布相比，可以更清晰的了解循环平稳声场声场中各个声源的特性；然后，提出了消除扫描过程中声源强度波动对重建精度影响的方法；最后，通过数字仿真，详细分析了扫描过程中声源强度波动、背景噪声、声源表面、全息面及重建面的相对位置等因素对重建精度的影响。
(3)在平稳偏相干理论和二阶循环统计量理论的基础上，提出了适用于多通道循环平稳声信号处理的循环偏相干理论。数字仿真表明，将之应用于多源混合循环平稳声场，可以识别各声源单独辐射的声场信息，得到声压的循环谱密度分布，与偏相干分析得到的声压的功率谱密度分布相比，可以更清晰的了解循环平稳声场声场中各个声源的特性。
(4)在循环平稳近场声全息理论和多参考源的声场空间变换技术的基础上，进一步研究了多源混合循环平稳声场的近场声全息技术。首先提出了应用于多源声场的多参考源传声器阵列扫描技术；接着，提出了多源声场的CYNAH重建技术；然后，提出基于主成分分析及基于循环偏相干分析的两种循环平稳声场部分声场分离技术。最后，通过数字仿真，分析了声源相干性，参考源位置对多源声场的CYNAH重建及部分场分离的影响。
(5)实验验证了循环平稳近场声全息技术的有关理论分析。首先，在消声室内搭建实验台，包括手动移位多通道扫描采样系统的制备，通道校准系统的制备等；接着，设计循环平稳信号，用于驱动扬声器发声，形成循环平稳声场，在扬声器附近布置位置固定的传声器，采用传声器线阵在全息面上逐步扫描采集声压信号，并用多通道数据采集系统记录声场信号，进行声场重建研究；最后，在扬声器试验取得成功之后，选取具有典型的循环平稳辐射噪声源的机械设备——电泵作为循环平稳声源，进一步研究本文建立的理论和方法在分析实际工程问题方面的效能。