[发明专利]一种复合材料分布式损伤源定位补偿方法及系统

说明书

本发明提供一种复合材料分布式损伤源定位补偿方法，包括获取复合材料钝物冲击下，由预设压电传感器阵列所接收到的阵列响应信号，并对所述阵列响应信号进行预处理，得到信号子空间与噪声子空间，进一步基于所得到的信号子空间与噪声子空间，构建MUSIC空间谱；使用预先基于分布式阵列信号模型所得到的分布式阵列信号广义导向矢量，对MUSIC空间谱中原有的导向矢量进行替换，以得到二维MUSIC空间谱。实施本发明，能解决复合材料结构在受到不规则冲击物冲击时，复杂的空间分布特征无法用传统的点目标信号传播模型准确说明其状态下传播情况的问题，实现高分辨定位估计算法在钝物冲击下分布式信号源的精准定位。

技术领域

本发明涉及复合材料结构健康监测技术领域，尤其涉及一种复合材料分布式损伤源定位补偿方法及系统。

背景技术

复合材料因其比模量大，比强度高等优异性能已成为航空航天、民用军事等领域中重要结构的组成部分。在阵列信号处理中，复合材料的损伤定位估计(即对复合材料结构受到冲击的损伤源方位进行估计)是一项重要的任务，然而在服役过程中，复合材料结构易受外界环境低速冲击而产生损伤。

上个世纪80年代，多重信号分类(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法的提出实现了真正意义上的高分辨方位估计，后续又出现了旋转不变子空间算法(Rotational Invariance Techniques，ESPRIT)、最大似然(Maximum likelihood，ML)算法、加权子空间拟合(Weighted Subspace Fitting，WSF)算法等，这些经典的高分辨方位估计算法通常假设信号模型为点目标或点信号源，但当实际目标或者信号源的空间分布特性不能忽略时，点信号源模型往往不能准确描述阵列观测数据，导致这些经典的高分辨波达方向(Direction Of Arrival，DOA)估计方法性能恶化，甚至不能得到可靠的估计结果。实际工况中，信号源往往具有比点目标更复杂的空间分布特征，例如蜂窝移动通信多径环境中的局部散射信号源、低仰角雷达目标跟踪中海面发射的回波信号、对流层或电离层无线电传播中的散射信号等，这类DOA在一定的角度范围内连续分布的信号源称为分布式信号源，而发生角度扩展的目标回波信号也可以等效为分布式信号源。

分布式信号源的阵列信号建模研究是始于20世纪90年代。在雷达、声呐和无线通信领域中，由于复杂环境下的多径散射使得经典的DOA估计方法对点源模型非常敏感，为了获得稳健的DOA估计，很多学者开始采用不同的统计模型来进行描述。例如，1995年，空间分布式信号源的概念第一次被明确提出，给出了分布式信号源完整的数学描述，通过建立角信号密度函数来描述观测信号功率的空间分布，角分布参数取决于观测信号角度扩展的大小，并将分布式信号源分为相干分布式(Coherently Distributed，CD)信号源和非相干分布式(Incoherently Distributed，ID)信号源。对于相干分布式信号源，从不同角度到达的信号分量是相干的，其空间扩展特性是由角信号密度函数来描述的。又如，研究者们将经典的ESPRIT算法推广到分布式信号源中，提出了一种D-ESPRIT(Distributed-ESPRIT)算法，算法需要构造两个结构相同距离很近的双均匀线阵，当角度扩展参数较小时，两个线阵的广义阵列流形向量具有近似的旋转不变关系，进而估计出分布式信号源的中心DOA。

与实际高分辨方位估计算法中存在的因阵元位置、通道幅相不一致或阵元间互耦等算法不确定性导致的模型误差不同，分布式信号源空间分布特性导致的模型误差一般与波达方向有关。那些通过硬件设备或采用已知波达方向的辅助信号源，估计补偿因子，往往可以校正因算法估计的不确定性导致的模型误差，但难以校正这种与波达方向有关的模型误差，从而在复合材料结构受到不规则冲击物冲击时，复杂的空间分布特征无法用传统的点目标信号传播模型准确说明其状态下传播情况，无法实现钝物冲击下分布式信号源的精准定位。

发明内容