近场声全息中误差分析及正则化研究

• 作 者: 李凌志
• 机 构: 中国科学院声学研究所
• 出 处: 中国科学院声学研究所
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 近场声全

近场声全息是一种实用的声场重建和预测的方法。它可通过声源辐射体附近一个平面上有限位置处的声压重建和预测出整个空间的声压、质点振动速度和声强等一切声学量。由于具有非接触式测量、重建分辨率高、重建声学量全等优点，近场声全息方法在声源识别及故障诊断中得到了广泛的应用。近场声全息的逆向重建过程是离散线性病态逆问题，必须进行正则化处理。当全息面边缘的声压存在较大的变化时，常用的Tikhonov正则化方法总是得到不稳定甚至错误的结果。针对这一问题，本文提出并完成以下工作。　　
(1)对基于Tikhonov正则化方法的三种正则化参数选择方法，即离差原理法、广义交叉验证法、L曲线法，在不同全息距离、声源频率和信噪比的条件下进行了比较。结果表明，它们在较远全息距离及低噪声环境下难以获得合适的正则化参数。采用等效噪声方差的方法，提出了一种改进的离差原理法。　　
(2)分析了当全息声压误差为空间无关高斯白噪声时全息声压和重建声压之间的均值和方差的关系，得到了一个关于重建面和全息面声压能量的简单的统计能量约束方程。利用这个约束方程，得到了一种新的正则化方法。这个方法可以在没有任何预先的噪声信息的条件下稳定快速地确定优化的正则化参数。　　
(3)数值仿真和实验表明，本文所提出的改进的离差原理法和基于统计能量约束方程的正则化方法在很宽的信噪比范围(＞6dB)和相对更远的全息距离条件下均能得到合适的正则化参数，并且能稳定快速地重建出所需的声学量。因为这两种方法无须对全息声压进行加窗平滑处理，所以能保证有效重建孔径和全息孔径相等。