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,阻礙了這項先進的聲學測量和聲場分析技術(shù)的推廣應(yīng)用.論文對實空間格林函數(shù)離散化的特點和基于二維離散傅氏變換實現(xiàn)全息重構(gòu)算法進行了深入的研究.從理論上明確了采用實空間格林函數(shù)進行全息重構(gòu)時,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)進行聲場重構(gòu)必將產(chǎn)生卷繞誤差,提出采用實空間格林函數(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)精度的影響進行了深入和系統(tǒng)的研究.討論了實空

3、間抽樣格林函數(shù)的奇異性,指出當重構(gòu)距離較小時實空間抽樣格林函數(shù)的奇異性使其角譜出現(xiàn)過估計,導致重構(gòu)誤差,實空間抽樣格林函數(shù)不適合于近距離的聲場重構(gòu);推導了實空間積分格林函數(shù)的獲取方法并修正了其計算參數(shù);研究了基于泰勒展開的格林函數(shù)多項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空間積分格林函數(shù)較實空間抽樣格林函數(shù)具有更高的精度,它既適合于近場重構(gòu)也適合于遠場重構(gòu);分析了實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,分析了隨機誤差對重構(gòu)精度的影響,給出了隨機誤差從全息復聲壓測量到重構(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了修正方法的有效性.研究了基于聲強測量的全息平面復聲壓相位

5、計算中的奇異性問題,推導了解決奇異性影響的相位重構(gòu)算法;推導了采用FFT方法實現(xiàn)基于聲強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)不滿足將導致一種相位重構(gòu)振蕩誤差,討論了這種誤差的分布特點以及測量參數(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;討論了基于聲強測量的全息聲壓幅值的近似計算方法并進行了精度對比分析;研究了聲強測量系統(tǒng)的幅值和相位失配誤差對全息相位計算精度的影響.以揚聲器為對象,實