基于正交球面波插值的近场声全息分辨率提升方法

简介：
本研究提出一种利用正交球面波函数进行插值处理的方法，旨在显著提高近场声全息技术的空间分辨率和成像精度。 近场声全息（NAH）技术是一种重要的声学技术，在噪声源识别、定位及声场可视化方面具有广泛应用前景。自20世纪80年代发展以来，该技术因其能够提供高精度的细节信息而被广泛应用于机械故障诊断和机械设备降噪等领域。 目前，提高NAH系统的空间分辨率是研究热点之一。更高的分辨率意味着可以更精确地捕捉到声场中的细微变化，从而提升噪声源识别准确性。然而，在实际操作中通过增加测量点数或减小间隔来实现这一目标会带来复杂性和成本的显著上升，并受到物理条件限制。 为解决此问题，研究人员开始探索利用插值方法提高NAH图像分辨率的可能性。本段落提出了一种基于正交球面波插值的方法，依据Helmholtz方程确定声学规律，通过叠加不同阶次的球面波源来拟合实际声场，并计算出各节点上的声压值以实现高精度插值。 该方法的优势在于无需额外获取声压梯度信息且利用了所有测量点的数据进行处理，从而保证了结果准确性。在数值仿真研究中证实了其有效性。 根据声学理论，在空间频率域（波数域）内全息面的傅里叶谱高波数分量对应着声源和场细节信息。因此，在具备足够灵敏度与动态范围的情况下，通过插值方法可以等效地减小测量间隔以提高分辨率，而无需直接增加点数或复杂性。 这项研究对提升NAH技术图像质量具有重要意义，并为相关领域提供了理论及实践参考。采用基于Helmholtz方程的正交球面波插值法，在不额外增加测量成本的前提下提升了NAH图像的质量和实际应用范围，有助于推动该技术更广泛的应用。