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高声强技术是声学领域的重要的传统方向,但其与现代电子控制技术的结合并没有得到过多的研究重视。根据高声强技术的应用分类,涉及的数字可控强声源主要为调制气流声源(AMS)和高强度超声相控阵列。针对这两种声源特点和研究现状,本文系统的研究分析了高强度AMS的非线性补偿、相控技术和高强度超声阵列的发射控制技术等高强度声源的控制技术。 本论文的主要研究工作以及取得的成果如下: 1、对AMS系统的非线性模型进行了研究。利用AMS准稳态近似理论,对音速AMS的输出声波进行了非线性分析,并给出了该理论模型下的预失真补偿方法和理论预报的局限性;在此基础上,提出用方便表征较强谐波非线性的Hammerstein模型来描述AMS的非线性特征;分析了Hammerstein模型频域辨识方法在实际应用时的问题,并给出了解决方法;首次完成了高强度AMS的频域辨识实验,为该模型下的非线性补偿提供了基础。 2、对Hammerstein模型下的调制气流声源非线性补偿进行了系统的研究。给出了考虑直流分量补偿的非线性滤波后预报误差算法(NFxPEM),用于求解预失真模型的参数。基于先前的辨识模型,对AMS进行了非线性补偿的实验研究,取得了较好的效果。在AMS非线性补偿的间接自适应预失真方面,本文提出了考虑时延补偿的递归预报误差算法(RPEM),使存在回路时延时预失真算法难以收敛的问题得到解决,并且该算法易于工程实现。 3、对高强度AMS的相控技术进行了研究,包括对AMS阵列的相干合成技术研究,以及对低波峰因数多频强声技术的研究。首先,利用相位测试实验论证了AMS阵列相干合成的可行性,建立了基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的AMS阵列相干合成实验系统。实验结果表明,基频成分的相干合成效果明显,算法收敛时的声压级较为接近各单源功率谱中基频成分相干合成、其它频率成分非相干合成的结果;在单源的谐频能量较低时,相干合成的双元增益可以在5dB以上。此外,为研究多频强声波的共振生物效应,本文提出了基于 SPGD算法的低波峰因素多频正弦信号的设计方法,用于在多个频率上产生高功率谱级的强声波。 4、对高强度超声相控阵列的发射控制技术进行了研究。在水声聚焦相控阵列方面,本文讨论水声聚焦相控阵列设计要求,推导了凸球面相控阵列的声场计算公式,进而利用基于伪逆矩阵的声场控制算法对凸球面相控阵列的声场特性进行了仿真研究。在波形分集方法方面,首先分别基于循环算法和无记忆非线性转换方法,给出了半定规划优化声能沉积分布的两种恒模信号设计方法,并且分析了两种方法的有效性和不足。随后,在阐述波形分集方法优化声能沉积分布的物理背景基础上,提出了基于单焦点扫描的波形分集方法,能够有效优化声能沉积的分布。与已有的半定规划方法相比,该方法对应的物理实现过程更清晰,计算量更小,并可直接综合出满足恒模条件的发射波形。 论文的工作为实现更强更纯净的低频强声提供了新的技术思路和途径,为高强度超声相控阵列的发射控制技术提供了新的参考。