[发明专利]一种适用于导波换能器阵列的低信噪比导波信号达到时刻的提取方法

权利要求书

1.一种适用于导波换能器阵列的低信噪比导波信号达到时刻的提取方法，其特征在于，利用换能器阵列在波导中采集来自远场的损伤散射信号，将采集的损伤散射信号构成导波检测信号矩阵，

所述提取方法包括以下步骤：

步骤一：通过矩形时间窗、以窗口长度Δt按照时间顺序依次对导波检测信号矩阵进行截取，获得多个子信号矩阵，

所述矩形时间窗的窗口长度与波导中激励信号的包络宽度相等；

步骤二：分别对每个子信号矩阵求协方差矩阵；

步骤三：分别对每个协方差矩阵进行特征分解并提取最大特征值，将所有最大特征值按照时间顺序进行排列，将所有最大特征值中的峰值所对应的时间窗的中心时刻作为来自损伤源的导波信号的到达时刻；

换能器阵列采集的导波检测信号矩阵表达式为：

其中，x_m(t)为换能器阵列中的第m个换能器在波导中采集的损伤散射信号，M为换能器的个数，m＝1,2,...,M，s_n(t)为来自第n个损伤源的损伤散射信号，n＝1,2,...,N，N为波导中损伤源的个数，n_m(t)为第m个换能器接收到的噪声信号，j为虚数，ω₀为散射信号的圆频率，τ_mn为导波波束指向第n个损伤源时、在第m个换能器上施加的时间延迟；

将上述公式转换为矢量形式，表达式为：

X(t)＝A·S(t)+N(t)

其中，X(t)为导波检测信号矢量，A为M×N的偏转矢量矩阵，S(t)为损伤散射信号矢量，N(t)为噪声矢量。

2.根据权利要求1所述的一种适用于导波换能器阵列的低信噪比导波信号达到时刻的提取方法，其特征在于，按照以下公式对导波检测信号矩阵进行截取：

X_w(t)＝X(t)·w_c(t)＝A·S(t)·w_c(t)+N(t)·w_c(t)

其中，X_w(t)为截取后的子信号矢量，w_c(t)为矩形时间窗函数，该函数表达式为：

其中，t_c为矩形时间窗的中心时刻，t为时间变量。

3.根据权利要求2所述的一种适用于导波换能器阵列的低信噪比导波信号达到时刻的提取方法，其特征在于，步骤二中，利用以下公式对子信号矩阵求协方差矩阵：

其中，R为子信号的协方差矩阵，R_S为损伤散射信号部分的协方差矩阵，R_N为噪声部分的协方差矩阵，上标H表示共轭转置。

4.根据权利要求3所述的一种适用于导波换能器阵列的低信噪比导波信号达到时刻的提取方法，其特征在于，步骤三中，根据下式分别对每个协方差矩阵进行特征分解：

其中，U为特征矢量矩阵，矩阵∑的主对角线项为协方差矩阵的特征值，下标S和N分别损伤散射信号部分和噪声部分。

5.根据权利要求1或4所述的一种适用于导波换能器阵列的低信噪比导波信号达到时刻的提取方法，其特征在于，所述所有最大特征值中的峰值的选取方法为：

将所有最大特征值按照时间顺序进行排列之后获得最大特征值的波形图，

在该波形图中，当任一最大峰值高于以该峰值所在波包为中心左右各一个时间窗宽度范围内最大特征值平均值的一倍，则确认该峰值对应一个损伤源。

6.根据权利要求1所述的一种适用于导波换能器阵列的低信噪比导波信号达到时刻的提取方法，其特征在于，所述换能器阵列为包括M个换能器、并用于板状结构的等间距线阵。

7.根据权利要求1所述的一种适用于导波换能器阵列的低信噪比导波信号达到时刻的提取方法，其特征在于，所述换能器阵列为包括M个换能器、并用于管道检测的围绕圆管一周的等间距环形阵列。