[發明專利]一種基于CTLS的聲發射源定位方法、系統及存儲介質

有效

• 申請號: 202011034158.2
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112098947B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 周子龍;芮藝超;陸建友;蔡鑫;鄂昱德;劉洋
• 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

本發明公開了一種基于CTLS的聲發射源定位方法、系統及存儲介質，其中方法包括：從多個傳感器中任取一個傳感器作為參考傳感器，根據參考傳感器以及其它各傳感器的到時數據計算TDOA測量值；根據TDOA測量值和各傳感器坐標建立非線性雙曲線方程并對其重構，得到線性方程組；計算線性方程組中系統矩陣的噪音項，構建總體最小二乘判據；將聲發射源與兩個中間變量的非線性約束方程代入總體最小二乘判據，得到約束總體最小二乘判據；將基于線性方程組計算得到的最小二乘解作為迭代初值，采用牛頓法迭代修正最小二乘解，停止迭代時最后一次計算結果即為聲發射源與波速的約束總體最小二乘解，實現聲發射源的定位與波速估計。本發明的定位精度高，計算速度快。

技術領域

本發明涉及結構健康監測領域，尤其涉及一種基于CTLS(約束總體最小二乘)的聲發射源定位方法、系統及存儲介質。

背景技術

近年來，使用無源傳感器定位聲發射(AE)源已引起對結構健康監測以及危害預測和評估的極大興趣。基于空間分離傳感器的到達時間差(TDOA)測量的方法由于其優越的性能常常被用于聲發射源定位中。學者們提出了許多基于TDOA測量的定位方法，其中大多數方法需要預先測定波速，假設介質的波速始終保持恒定，不受環境因素(如應力，地質結構和溫度)的影響。但該假設似乎僅在實驗室和理想的實驗室環境下才有效。事實上，波速受外部條件的影響很大，預測波速與真實波速之間存在較大的偏差并將引起嚴重的定位誤差。此外，這些基于LS(最小二乘)的方法默認的假設是系統矩陣中不存在噪音誤差，而因變量中噪音誤差服從均值為0的高斯隨機分布。然而，在實際應用中，噪音誤差主要存在于系統矩陣中，這顯然與普通LS估計的假設不符。系統矩陣中噪音誤差的累加效應促使LS估計不再最優，導致定位結果與真實值之間存在較大的偏差。

發明內容

本發明提供了一種基于CTLS(約束總體最小二乘)的聲發射源定位方法、系統及存儲介質，以解決相關技術中聲發射源定位不精確的問題。

第一方面，提供了一種基于CTLS的聲發射源定位方法，包括：

從多個傳感器中任取一個傳感器作為參考傳感器，根據參考傳感器以及其它各傳感器的到時數據計算TDOA測量值；根據TDOA測量值和各傳感器坐標建立非線性雙曲線方程并對其進行重構，得到線性方程組；

計算所述線性方程組中系統矩陣的噪音項，構建總體最小二乘(TLS)判據；

將聲發射源與引入的兩個中間變量V、K的非線性約束方程代入總體最小二乘判據，得到約束總體最小二乘(CTLS)判據；其中，V＝v²,K＝vr₀，v表示聲發射信號的傳播速度，r₀表示聲發射源到參考傳感器的距離；

將基于所述線性方程組計算得到的最小二乘(LS)解作為迭代初值，采用牛頓法迭代修正最小二乘解，當滿足迭代終止條件時停止迭代，最后一次計算結果即為聲發射源與波速的約束總體最小二乘解，實現聲發射源的定位與波速估計。

進一步地，所述線性方程組表達式如下：

Aθ＝b