[發明專利]未知波速的聲發射源線性更正定位方法、系統及存儲介質有效

申請號：	202010966416.4	申請日：	2020-09-15
公開（公告）號：	CN112034425B	公開（公告）日：	2023-03-21
發明（設計）人：	周子龍;芮藝超;蔡鑫;陸建友;藍日彥	申請（專利權）人：	中南大學
主分類號：	G01S5/22	分類號：	G01S5/22
代理公司：	長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114	代理人：	胡喜舟
地址：	410083 湖南***	國省代碼：	湖南;43
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	未知波速聲發線性更正定位方法系統存儲介質
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

本發明公開了一種未知波速的聲發射源線性更正定位方法、系統及存儲介質，其中方法包括以下步驟：通過引入兩個中間變量，構造了未知波速的線性方程組，并求解無約束最小二乘(LS)解；通過估計方程殘差得到方程組的權重矩陣；利用格拉格朗日乘子技術將權重矩陣和二次約束施加到最小二乘(LS)估計上構建拉格朗日函數；最小化拉格朗日函數得到新的非線性方程組；采用線性更正技術求解該非線性方程組，進而得到最優估計。本發明的定位精度高，計算速度快。

技術領域

本發明涉及無損檢測技術領域，尤其涉及一種未知波速的聲發射源線性更正定位方法、系統及存儲介質。

背景技術

聲發射作為一種重要的無損檢測技術，在巖石力學和采礦工程中廣泛應用。聲發射源定位技術可以確定裂縫和斷層的準確位置，因此經常被用作研究裂紋萌生和擴展機理以及評估巖爆危險的科學依據。基于空間分離傳感器獲取的TDOA(到達時間差)測量值具有更加優越的性能，因此被廣泛使用。現有基于TDOA測量數據的聲發射源定位方法有很多，但是所有這些方法都需要預先測定波速，如果波速測量誤差較大將會導致聲發射源定位精度遠低于應有水平。傳統解析方法對噪音的免疫能力較低，只有在較小的TDOA噪音下才能實現好的定位結果。此外，傳統迭代方法存在初值敏感性問題和迭代不收斂現象。因此，一種精確、高效的聲發射源定位方法，仍需進一步的研究。

發明內容

本發明提供了一種未知波速的聲發射源線性更正定位方法、系統及存儲介質，以解決相關技術中聲發射源定位不精確和計算效率低的問題。

第一方面，提供了一種未知波速的聲發射源線性更正定位方法，包括：

從多個傳感器中選取一個傳感器作為參考傳感器；根據該參考傳感器構造未知波速的TDOA方程，并通過引入兩個中間變量V、K得到線性方程組；求解該線性方程組得到無約束最小二乘解；其中V＝v²，v表示聲發射信號的傳播速度，x、y、z分別為聲發射源坐標的分量；

通過估計方程殘差得到線性方程組的權重矩陣；

利用格拉格朗日乘子技術將權重矩陣和二次約束施加到最小二乘估計上構建拉格朗日函數；

對拉格朗日函數求梯度，并令梯度等于0可得到新的包含聲發射源坐標和波速的非線性方程組；

利用線性更正技術求解該非線性方程組，得到最優解，實現聲發射源坐標定位。

進一步地，將參考傳感器坐標設置為(0，0，0)，則所述線性方程組表達式如下：

其中，x、y、z分別為聲發射源坐標的分量，x_i、y_i、z_i分別表示第i個傳感器的坐標分量，t_i,0表示第i個傳感器與參考傳感器之間的TDOA測量值，M表示傳感器的個數；

最小二乘解為：

其中右上角符號T表示矩陣轉置。