[发明专利]异常TDOA存在下未知波速声发射源定位方法、系统及存储介质

说明书

本发明公开了一种异常TDOA存在下未知波速声发射源定位方法、系统及存储介质，其中方法包括：利用TDOA测量值和各传感器坐标构建非线性双曲线方程并化为线性方程组；求解得到普通最小二乘解；通过迭代权重估计获取方程残差；对方程残差取绝对值得到绝对残差并排序；计算各绝对残差的间距、全局距离和局部距离来获取全局距离和局部距离判据；确定临界残差值，大于临界残差值即为异常残差，异常残差对应的TDOA为异常TDOA，将其排除；利用剩余正常的TDOA测量值和相应传感器坐标重新构造TDOA线性方程组，并获得声发射源坐标。该方案具有更加鲁棒的定位精度，体现在可排除异常TDOA，降低其对定位精度的影响；无需预先确定波速，消除了波速误差对定位精度的影响。

技术领域

本发明涉及结构健康监测领域，尤其涉及一种异常TDOA存在下的未知波速声发射源定位方法、系统及存储介质。

背景技术

声发射源定位技术作为一种重要的无损监测技术被广泛应用于矿山岩爆灾害预警、结构健康监测、材料损伤和破坏机理等关键课题的研究。一个高精度的声发射源定位方法是至关重要的，然而定位精度易受异常TDOA和波速误差的影响。现有大多数定位方法在不存在TDOA(到达时间差)异常值的情况下尚可取得较为理想的声发射源定位结果。但现实工程环境往往是非常复杂的，声发射传感器易被干扰信号等错误触发，进而产生异常信号。而现有自动到时拾取方法虽然可以减少了人工拾取到时的主观性，但仍无法彻底消除异常TDOA的产生，特别是对于高噪音信号。另外，通道串扰、声发射信号微弱、信号初至不明显、传感器位置错误以及传感器与采集设备故障等均会导致异常TDOA的产生，进而造成定位结果的严重误差。此外，波速也是影响声发射源定位精度的一个重要因素，现有源定位方法大都需要预先准确测定的波速。而在真实工程环境下，波速受外部条件的影响很大，预测波速与真实波速之间往往存在较大的偏差并将引起严重的定位误差。因此，一种抗异常TDOA干扰且不受波速测量误差影响的声发射源定位方法值得进一步研究。

发明内容

本发明提供了一种异常TDOA存在下未知波速声发射源定位方法、系统及存储介质，以解决现有的声发射源定位方法在存在异常TDOA时难以得到精确定位结果的问题。

第一方面，提供了一种异常TDOA存在下未知波速声发射源定位方法，包括：

从多个传感器中选取一个传感器作为参考传感器，利用TDOA测量值和各传感器坐标构建非线性双曲线方程，并通过引入两个中间变量V、K，将非线性方程组化为线性方程组；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；

设置线性方程组中各方程权重为1，对线性方程组进行求解得到普通最小二乘解；根据普通最小二乘解计算方程残差；

根据该方程残差估计方程权重，然后根据方程权重对线性方程组中各方程进行加权并计算权重最小二乘解；根据新的定位结果重新计算方程残差；如此反复直到方程残差的变化小于预设精度时停止迭代；最后一次迭代得到的方程残差即为最终稳定的方程残差；

对最终稳定的方程残差取绝对值得到绝对残差，并由小到大进行排序；计算各绝对残差的间距、全局距离和局部距离来获取全局距离和局部距离判据；当某一绝对残差的间距同时满足全局距离和局部距离判据时，该间距即为分割正常残差与异常残差的间距；该间距对应的绝对残差为临界残差值，大于该绝对残差的值即为异常残差，异常残差对应的TDOA为异常TDOA，并将其排除；

利用剩余正常的TDOA测量值和相应的传感器坐标重新构造TDOA线性方程组，并获得不受异常TDOA影响的声发射源坐标。

进一步地，所述线性方程组为：

Aθ＝b