高強度聲源的發(fā)射控制技術研究.pdf

1、高聲強技術是聲學領域的重要的傳統(tǒng)方向，但其與現(xiàn)代電子控制技術的結(jié)合并沒有得到過多的研究重視。根據(jù)高聲強技術的應用分類，涉及的數(shù)字可控強聲源主要為調(diào)制氣流聲源(AMS)和高強度超聲相控陣列。針對這兩種聲源特點和研究現(xiàn)狀，本文系統(tǒng)的研究分析了高強度AMS的非線性補償、相控技術和高強度超聲陣列的發(fā)射控制技術等高強度聲源的控制技術。
　　本論文的主要研究工作以及取得的成果如下：
　　1、對AMS系統(tǒng)的非線性模型進行了研究。利用AMS

2、準穩(wěn)態(tài)近似理論，對音速AMS的輸出聲波進行了非線性分析，并給出了該理論模型下的預失真補償方法和理論預報的局限性；在此基礎上，提出用方便表征較強諧波非線性的Hammerstein模型來描述AMS的非線性特征；分析了Hammerstein模型頻域辨識方法在實際應用時的問題，并給出了解決方法；首次完成了高強度AMS的頻域辨識實驗，為該模型下的非線性補償提供了基礎。
　　2、對Hammerstein模型下的調(diào)制氣流聲源非線性補償進行了系統(tǒng)

3、的研究。給出了考慮直流分量補償?shù)姆蔷€性濾波后預報誤差算法(NFxPEM)，用于求解預失真模型的參數(shù)。基于先前的辨識模型，對AMS進行了非線性補償?shù)膶嶒炑芯?，取得了較好的效果。在AMS非線性補償?shù)拈g接自適應預失真方面，本文提出了考慮時延補償?shù)倪f歸預報誤差算法(RPEM)，使存在回路時延時預失真算法難以收斂的問題得到解決，并且該算法易于工程實現(xiàn)。
　　3、對高強度AMS的相控技術進行了研究，包括對AMS陣列的相干合成技術研究，以及對低

4、波峰因數(shù)多頻強聲技術的研究。首先，利用相位測試實驗論證了AMS陣列相干合成的可行性，建立了基于隨機并行梯度下降(SPGD)算法的AMS陣列相干合成實驗系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，基頻成分的相干合成效果明顯，算法收斂時的聲壓級較為接近各單源功率譜中基頻成分相干合成、其它頻率成分非相干合成的結(jié)果；在單源的諧頻能量較低時，相干合成的雙元增益可以在5dB以上。此外，為研究多頻強聲波的共振生物效應，本文提出了基于 SPGD算法的低波峰因素多頻正弦信號的設

5、計方法，用于在多個頻率上產(chǎn)生高功率譜級的強聲波。
　　4、對高強度超聲相控陣列的發(fā)射控制技術進行了研究。在水聲聚焦相控陣列方面，本文討論水聲聚焦相控陣列設計要求，推導了凸球面相控陣列的聲場計算公式，進而利用基于偽逆矩陣的聲場控制算法對凸球面相控陣列的聲場特性進行了仿真研究。在波形分集方法方面，首先分別基于循環(huán)算法和無記憶非線性轉(zhuǎn)換方法，給出了半定規(guī)劃優(yōu)化聲能沉積分布的兩種恒模信號設計方法，并且分析了兩種方法的有效性和不足。隨后，在