[发明专利]一种基于CTLS的声发射源定位方法、系统及存储介质

说明书

本发明公开了一种基于CTLS的声发射源定位方法、系统及存储介质，其中方法包括：从多个传感器中任取一个传感器作为参考传感器，根据参考传感器以及其它各传感器的到时数据计算TDOA测量值；根据TDOA测量值和各传感器坐标建立非线性双曲线方程并对其重构，得到线性方程组；计算线性方程组中系统矩阵的噪音项，构建总体最小二乘判据；将声发射源与两个中间变量的非线性约束方程代入总体最小二乘判据，得到约束总体最小二乘判据；将基于线性方程组计算得到的最小二乘解作为迭代初值，采用牛顿法迭代修正最小二乘解，停止迭代时最后一次计算结果即为声发射源与波速的约束总体最小二乘解，实现声发射源的定位与波速估计。本发明的定位精度高，计算速度快。

技术领域

本发明涉及结构健康监测领域，尤其涉及一种基于CTLS(约束总体最小二乘)的声发射源定位方法、系统及存储介质。

背景技术

近年来，使用无源传感器定位声发射(AE)源已引起对结构健康监测以及危害预测和评估的极大兴趣。基于空间分离传感器的到达时间差(TDOA)测量的方法由于其优越的性能常常被用于声发射源定位中。学者们提出了许多基于TDOA测量的定位方法，其中大多数方法需要预先测定波速，假设介质的波速始终保持恒定，不受环境因素(如应力，地质结构和温度)的影响。但该假设似乎仅在实验室和理想的实验室环境下才有效。事实上，波速受外部条件的影响很大，预测波速与真实波速之间存在较大的偏差并将引起严重的定位误差。此外，这些基于LS(最小二乘)的方法默认的假设是系统矩阵中不存在噪音误差，而因变量中噪音误差服从均值为0的高斯随机分布。然而，在实际应用中，噪音误差主要存在于系统矩阵中，这显然与普通LS估计的假设不符。系统矩阵中噪音误差的累加效应促使LS估计不再最优，导致定位结果与真实值之间存在较大的偏差。

发明内容

本发明提供了一种基于CTLS(约束总体最小二乘)的声发射源定位方法、系统及存储介质，以解决相关技术中声发射源定位不精确的问题。

第一方面，提供了一种基于CTLS的声发射源定位方法，包括：

从多个传感器中任取一个传感器作为参考传感器，根据参考传感器以及其它各传感器的到时数据计算TDOA测量值；根据TDOA测量值和各传感器坐标建立非线性双曲线方程并对其进行重构，得到线性方程组；

计算所述线性方程组中系统矩阵的噪音项，构建总体最小二乘(TLS)判据；

将声发射源与引入的两个中间变量V、K的非线性约束方程代入总体最小二乘判据，得到约束总体最小二乘(CTLS)判据；其中，V＝v²,K＝vr₀，v表示声发射信号的传播速度，r₀表示声发射源到参考传感器的距离；

将基于所述线性方程组计算得到的最小二乘(LS)解作为迭代初值，采用牛顿法迭代修正最小二乘解，当满足迭代终止条件时停止迭代，最后一次计算结果即为声发射源与波速的约束总体最小二乘解，实现声发射源的定位与波速估计。

进一步地，所述线性方程组表达式如下：

Aθ＝b