近場平面聲全息的測量和重構(gòu)誤差研究.pdf

1、論文綜述了近場聲全息技術(shù)(NAH)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀,分析了該項(xiàng)技術(shù)在研究和推廣應(yīng)用中存在的問題.分析表明,盡管近場平面聲全息的重構(gòu)算法和全息測量方法在近年來取得了較大的進(jìn)展,但重構(gòu)算法和全息測量方法中誤差理論的研究還很不夠,阻礙了這項(xiàng)先進(jìn)的聲學(xué)測量和聲場分析技術(shù)的推廣應(yīng)用.論文對實(shí)空間格林函數(shù)離散化的特點(diǎn)和基于二維離散傅氏變換實(shí)現(xiàn)全息重構(gòu)算法進(jìn)行了深入的研究.從理論上明確了采用實(shí)空間格林函數(shù)進(jìn)行全息重構(gòu)時(shí),全息重構(gòu)的算法誤差來源,證明了

2、全息數(shù)據(jù)陣列補(bǔ)零延拓的方法可以有效地避免全息重構(gòu)中卷繞誤差以及實(shí)空間格林函數(shù)在離散過程中的取值范圍不確定性并不影響全息重構(gòu)的結(jié)果;從理論上證明了采用k-空間格林函數(shù)進(jìn)行聲場重構(gòu)必將產(chǎn)生卷繞誤差,提出采用實(shí)空間格林函數(shù)的幅值衰減率來表示卷繞誤差的大小,討論了重構(gòu)頻率和重構(gòu)距離對幅值衰減率和正、逆全息重構(gòu)精度的影響,指出k-空間格林函數(shù)只適用于近場重構(gòu).對實(shí)空間格林函數(shù)的獲取方法及其對近場全息重構(gòu)精度的影響進(jìn)行了深入和系統(tǒng)的研究.討論了實(shí)空

3、間抽樣格林函數(shù)的奇異性,指出當(dāng)重構(gòu)距離較小時(shí)實(shí)空間抽樣格林函數(shù)的奇異性使其角譜出現(xiàn)過估計(jì),導(dǎo)致重構(gòu)誤差,實(shí)空間抽樣格林函數(shù)不適合于近距離的聲場重構(gòu);推導(dǎo)了實(shí)空間積分格林函數(shù)的獲取方法并修正了其計(jì)算參數(shù);研究了基于泰勒展開的格林函數(shù)多項(xiàng)式積分的收斂性和近似精度,從理論分析和仿真算例證明實(shí)空間積分格林函數(shù)較實(shí)空間抽樣格林函數(shù)具有更高的精度,它既適合于近場重構(gòu)也適合于遠(yuǎn)場重構(gòu);分析了實(shí)空間采樣間隔對重構(gòu)精度的影響.論文對基于聲壓測量的全息信號

4、中的誤差形式和特征進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,建立了全息聲壓測量的誤差模型,分析了隨機(jī)誤差對重構(gòu)精度的影響,給出了隨機(jī)誤差從全息復(fù)聲壓測量到重構(gòu)之間的能量傳遞關(guān)系;在分析聲壓測量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差與測量通道頻響特性之間的關(guān)系以及系統(tǒng)誤差對全息數(shù)據(jù)影響的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出系統(tǒng)誤差—全息數(shù)據(jù)誤差—重構(gòu)誤差之間的傳遞關(guān)系以及誤差表達(dá)式,提出了基于傳遞函數(shù)測量的系統(tǒng)誤差修正方法,通過理論分析和仿真算例證實(shí)了修正方法的有效性.研究了基于聲強(qiáng)測量的全息平面復(fù)聲壓相位

5、計(jì)算中的奇異性問題,推導(dǎo)了解決奇異性影響的相位重構(gòu)算法;推導(dǎo)了采用FFT方法實(shí)現(xiàn)基于聲強(qiáng)測量的全息相位重構(gòu)的離散算法,并指出因離散算法的近似假設(shè)不滿足將導(dǎo)致一種相位重構(gòu)振蕩誤差,討論了這種誤差的分布特點(diǎn)以及測量參數(shù)對它的影響,提出采用波數(shù)空間窗函數(shù)的方法來抑制相位振蕩誤差并取得較好的效果;討論了基于聲強(qiáng)測量的全息聲壓幅值的近似計(jì)算方法并進(jìn)行了精度對比分析;研究了聲強(qiáng)測量系統(tǒng)的幅值和相位失配誤差對全息相位計(jì)算精度的影響.以揚(yáng)聲器為對象,實(shí)