[發(fā)明專利]復(fù)合材料中基于信號(hào)波速與衰減補(bǔ)償?shù)?D?MUSIC沖擊定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310685400.6
• 申請(qǐng)日: 2013-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN103698748B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁慎芳;鐘永騰;邱雷;劉彬;王志凌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/22
• 分類號(hào): G01S5/22
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 許方

1.一種復(fù)合材料中基于信號(hào)波速與衰減補(bǔ)償?shù)臎_擊定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）以航空油箱結(jié)構(gòu)上表面碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)作為沖擊監(jiān)測(cè)區(qū)域，在相應(yīng)位置布置個(gè)壓電傳感器，組成不同的激勵(lì)-傳感通道；

（2）設(shè)置航空油箱結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)集成系統(tǒng)的采樣頻率、采樣長度、預(yù)采集長度、傳感器陣列中第一個(gè)傳感器為觸發(fā)通道，以及數(shù)據(jù)采集卡觸發(fā)通道的觸發(fā)閾值；

（3）當(dāng)觸發(fā)通道中信號(hào)幅值大于觸發(fā)閾值時(shí)，各個(gè)壓電傳感器開始采集信號(hào)，將這些信號(hào)合成為矩陣形式的沖擊陣列信號(hào)；

（4）沖擊陣列信號(hào)預(yù)處理：從沖擊響應(yīng)的頻譜圖選取為中心頻率提取窄帶信號(hào)，提取沖擊陣列信號(hào)中的窄帶信號(hào)，并計(jì)算其協(xié)方差矩陣，對(duì)協(xié)方差特征值分解，得到相應(yīng)的噪聲子空間；

（5）沖擊產(chǎn)生的波向傳感器陣列各個(gè)陣元傳播時(shí)，傳播路徑和距離都不一致，導(dǎo)致各條路徑上的波速存在差異，進(jìn)而影響沖擊定位精度，測(cè)量各個(gè)激勵(lì)-傳感通道所對(duì)應(yīng)角度的波速，通過次多項(xiàng)式函數(shù)擬合，建立信號(hào)波速曲線，得到第個(gè)壓電傳感器相對(duì)于第個(gè)壓電傳感器的時(shí)間延遲關(guān)系，其中表示沖擊源信號(hào)到達(dá)第個(gè)陣元時(shí)相對(duì)于第個(gè)陣元的時(shí)間延遲，，為壓電傳感器編號(hào)，為沖擊源到達(dá)第個(gè)壓電傳感器的距離，為沖擊源傳播到第個(gè)壓電傳感器直線路徑與軸的夾角， 為沖擊源到達(dá)第個(gè)壓電傳感器的距離，為沖擊源傳播到第個(gè)壓電傳感器直線路徑與軸的夾角；為沖擊源傳播到第個(gè)壓電傳感器的波速，為沖擊源傳播到第個(gè)壓電傳感器的波速；

（6）測(cè)量各個(gè)激勵(lì)-傳感通道所對(duì)應(yīng)距離的信號(hào)幅值，通過函數(shù)擬合，建立信號(hào)幅值衰減曲線，其中為第個(gè)壓電傳感器的信號(hào)幅值，為第個(gè)壓電傳感器的信號(hào)幅值，為幅值衰減系數(shù)，沖擊源到第個(gè)壓電傳感器與到第個(gè)壓電傳感器的距離差，第個(gè)壓電傳感器相對(duì)于第個(gè)壓電傳感器的相位變化；

（7）將步驟（）中時(shí)間關(guān)系和步驟（）中的幅值衰減關(guān)系代入陣列導(dǎo)向矢量中，其中為沖擊源到達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，為沖擊源與軸的夾角，為沖擊窄帶信號(hào)的角頻率，得到碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中信號(hào)波速與衰減補(bǔ)償?shù)臎_擊定位算法的陣列導(dǎo)向矢量和補(bǔ)償后的空間譜估計(jì)公式，其中為空間譜，為陣列導(dǎo)向矢量的轉(zhuǎn)置，為噪聲子空間的轉(zhuǎn)置；

（8）設(shè)置二維搜索的距離步長和角度步長，掃描整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域并進(jìn)行補(bǔ)償算法的空間譜估計(jì)，得到空間譜估計(jì)圖峰值所對(duì)應(yīng)的就是沖擊源位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求所述的復(fù)合材料中基于信號(hào)波速與衰減補(bǔ)償?shù)臎_擊定位方法，其特征在于，所述步驟（）中建立信號(hào)波速曲線的具體步驟如下：

（1）根據(jù)沖擊響應(yīng)的頻譜分析，激勵(lì)信號(hào)選取為中心頻率為，幅值為 ，信號(hào)采樣頻率，信號(hào)采樣長度為個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中預(yù)先采集個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，激勵(lì)信號(hào)為波峰；采集各個(gè)激勵(lì)-傳感通道的信號(hào)，通過小波變換提取激勵(lì)信號(hào)與傳感器信號(hào)的包絡(luò)，得到信號(hào)在此通道中傳播的時(shí)間和各條激勵(lì)-傳感直達(dá)路徑的距離；采集不同激勵(lì)—傳感通道上的激勵(lì)信號(hào)和傳感信號(hào)，根據(jù)已知激勵(lì)源到壓電傳感器距離和激勵(lì)信號(hào)與傳感信號(hào)的時(shí)間差，得到相應(yīng)傳播角度上的波速；

（2）將步驟（）中得到的波速值，通過曲線擬合得到波速曲線。

3.根據(jù)權(quán)利要求所述的復(fù)合材料中基于信號(hào)波速與衰減補(bǔ)償?shù)臎_擊定位方法，其特征在于，所述步驟（）中用指數(shù)函數(shù)建立幅值衰減曲線的具體步驟如下：

（1）選擇同一個(gè)壓電傳感器用相同激勵(lì)方式進(jìn)行激勵(lì)，再選擇不同壓電傳感器接收信號(hào)，采集這些激勵(lì)—傳感通道上的激勵(lì)信號(hào)和傳感信號(hào)，獲取波在航空油箱結(jié)構(gòu)中經(jīng)過相應(yīng)傳播距離的信號(hào)幅值；

（2）將步驟（）中得到信號(hào)幅值，通過函數(shù)擬合得到幅值隨距離的變化曲線，得到個(gè)信號(hào)幅值衰減系數(shù)、。