高強(qiáng)度聲源的發(fā)射控制技術(shù)研究.pdf

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

2、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)近似理論，對(duì)音速AMS的輸出聲波進(jìn)行了非線性分析，并給出了該理論模型下的預(yù)失真補(bǔ)償方法和理論預(yù)報(bào)的局限性；在此基礎(chǔ)上，提出用方便表征較強(qiáng)諧波非線性的Hammerstein模型來(lái)描述AMS的非線性特征；分析了Hammerstein模型頻域辨識(shí)方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的問(wèn)題，并給出了解決方法；首次完成了高強(qiáng)度AMS的頻域辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，為該模型下的非線性補(bǔ)償提供了基礎(chǔ)。
　　2、對(duì)Hammerstein模型下的調(diào)制氣流聲源非線性補(bǔ)償進(jìn)行了系統(tǒng)

3、的研究。給出了考慮直流分量補(bǔ)償?shù)姆蔷€性濾波后預(yù)報(bào)誤差算法(NFxPEM)，用于求解預(yù)失真模型的參數(shù)。基于先前的辨識(shí)模型，對(duì)AMS進(jìn)行了非線性補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)研究，取得了較好的效果。在AMS非線性補(bǔ)償?shù)拈g接自適應(yīng)預(yù)失真方面，本文提出了考慮時(shí)延補(bǔ)償?shù)倪f歸預(yù)報(bào)誤差算法(RPEM)，使存在回路時(shí)延時(shí)預(yù)失真算法難以收斂的問(wèn)題得到解決，并且該算法易于工程實(shí)現(xiàn)。
　　3、對(duì)高強(qiáng)度AMS的相控技術(shù)進(jìn)行了研究，包括對(duì)AMS陣列的相干合成技術(shù)研究，以及對(duì)低

4、波峰因數(shù)多頻強(qiáng)聲技術(shù)的研究。首先，利用相位測(cè)試實(shí)驗(yàn)論證了AMS陣列相干合成的可行性，建立了基于隨機(jī)并行梯度下降(SPGD)算法的AMS陣列相干合成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基頻成分的相干合成效果明顯，算法收斂時(shí)的聲壓級(jí)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(shí)，相干合成的雙元增益可以在5dB以上。此外，為研究多頻強(qiáng)聲波的共振生物效應(yīng)，本文提出了基于 SPGD算法的低波峰因素多頻正弦信號(hào)的設(shè)

5、計(jì)方法，用于在多個(gè)頻率上產(chǎn)生高功率譜級(jí)的強(qiáng)聲波。
　　4、對(duì)高強(qiáng)度超聲相控陣列的發(fā)射控制技術(shù)進(jìn)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(shè)計(jì)要求，推導(dǎo)了凸球面相控陣列的聲場(chǎng)計(jì)算公式，進(jìn)而利用基于偽逆矩陣的聲場(chǎng)控制算法對(duì)凸球面相控陣列的聲場(chǎng)特性進(jìn)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(wú)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(hào)設(shè)計(jì)方法，并且分析了兩種方法的有效性和不足。隨后，在