基于相位共轭法的声源识别和声学超透镜声源定位研究

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随着现代化的急速发展,环境污染也随之产生。噪声污染作为环境污染的一种日趋严重,并对人们的日常生活造成严重的影响。目前,噪声控制主要从噪声源、传播途径以及接受者三个途径进行控制。噪声源控制噪声是最为有效的控制手段,而这其中的关键就在于如何准确识别定位噪声源,只有准确定位出噪声源的位置才能对噪声源进行有效控制。相位共轭方法作为噪声源的识别方法能够有效识别噪声源,在噪声污染控制中起重要作用。在声源识别过程中,远场声源识别往往无法取得好的识别效果,究其原因在于远场声源识别无法采集到声波的倏逝波成分。为提高远场声源识别分辨率,在声源聚焦点进行声场的叠加运算,开展迭代相位共轭方法的研究与应用;利用声学超透镜的完美成像性质,开展了声学超透镜远场成像定位的研究与应用。此外,在工程实际应用中,声源识别的声学环境通常较为复杂,在自由场条件下的声源识别方法往往不适用。为了提高相位共轭方法的适用性,本文利用相位共轭方法结合镜像法开展了复杂环境下的声源识别与定位研究。本文主要研究内容和成果如下:(1)以提高声源识别分辨率为目标,分别开展基于迭代相位共轭方法的声源识别研究和基于声学超透镜的远场声源定位研究:相位共轭方法进行声源聚焦时,声场聚焦后会继续发散,导致声源识别分辨率不高。本文通过聚焦点的声场叠加,对聚焦后发散的声场进行时间反转计算与原相位共轭声场在聚焦点处叠加,通过数值模拟和实验验证了迭代相位共轭方法的有效性。声学超透镜能够对声波的倏逝波成分进行无损传播甚至放大传播,实现声源的完美成像。本文设计实现折射率为-1的超透镜,在此基础上进行多透镜的设计,实现远场声源完美成像。通过相位共轭方法结合声学超透镜声源进行定位,实现声源识别分辨率的突破。(2)以提高工程实际应用能力为目的,开展非自由场条件下的声源识别定位研究。在工程应用中,声源的识别定位不仅需要考虑声源的直达声,还需要考虑边界的一次和多次反射声。为了准确定位出噪声源的位置,采用相位共轭方法与镜像法相结合,实现复杂环境下的声源定位。相位共轭方法结合镜像法能够有效模拟边界的多次反射,消除了界面反射对声源定位的影响。通过数值仿真验证了该方法的有效性。
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