船舶动力设备噪声定位及成像技术

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船舶及海洋平台的舱室是混响室,在动力装置运行的情况下,其声场为混响声场。对于船舱内声场的还原,噪声源的识别一直是噪声与振动控制领域的一个重要研究方向。声场由一个或多个声源产生的声波形成。对声源的位置,大小进行定位和识别,能够有效分析船舱内的噪声源构成,从而能有效诊断动力装置是否正常运行,船舱内有因各种因素引起的声场的异常。因此,本文以船舱内的声场环境为原型,分析了混响室内声源离传声器较近情况下声场的特点,对其噪声定位及成像技术进行理论算法研究、仿真分析、实验测量以及实验结果分析。理论算法研究部分,分析了三种声源定位算法的优劣,采用波束形成算法作为本文算法。在平面波假设的基础上,通过定义“扫描向量”,求解“波束形成能量”,得到能量与方位角的关系,使用“Y型”三向阵列(传声器间距5cm),对于三个空间方位对声源进行定向,通过几何计算,实现在三维空间中的声源定位。针对多点声源的声场特点,引入改进扫描矢量并结合遗传算法对求解域内的非线性方程组进行求解。对于混响室中,由于壁面反射引起混响声、舱室本底白噪声会在声源识别中被识别为“假声源”,采用改进的DAMAS迭代算法,强化真声源信号,弱化假声源信号,达到抑制混响的效果。仿真计算部分,基于理论算法,分别在消声室和混响室情况下,对一定频带内的单点声源、多点声源声场进行模拟,并运用传统波束形成算法与改进波束形成算法进行仿真计算,进一步通过几何计算得到声成像图。由于波束形成算法是基于平面波假设,在船舱内,声源和传声器的距离、声源的频率、声源的个数以及墙壁面反射引起的混响效果,对本文算法的复杂度和准确性都有很大影响。通过对无混响环境仿真计算,根据识别结果的信噪比和相对误差,验证了基于本文算法及阵列,对于多声源的识别效果,改进波束形成算法要优于传统算法,得出了本文算法关于声源频率和距离的有效识别范围。进而进行混响环境的仿真计算,证明了改进DAMAS算法结合改进波束形成算法对于混响环境的声源识别具有好的识别效果。实验部分,基于仿真计算结论,在本文算法的试用范围内,在消声室和混响室内,在不同工况下进行声源识别实验,对于大量实验数据进行了处理,实验结果验证了仿真结果的正确性,继而验证了改进波束形成算法和改进DAMAS迭代算法的对于混响室中多声源识别的有效性。仿真计算和实验计算结果表明:本文的声源识别算法可用于船舱内的声源识别应用当中。
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