[发明专利]一种无砟轨道功能层缺陷成像方法

权利要求书

1.一种无砟轨道功能层缺陷成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建无缺陷的无砟轨道层状介质模型，无砟轨道结构从上到下分为轨道板、功能层和支承层，弹性波位于无砟轨道结构顶部并垂直于轨道板向下激发，在各层表面将产生反射波，并不断地在无砟轨道内部往复运动，形成多次波，进而被传感器接收：

弹性波在不同层间界面反射系数Ri：多次波反射频率fi为f_i＝v_i/2h_i

式中，v_i表示弹性波在传播路径h_i中的平均波速；f₁表示轨道板反射频率；f₂表示功能层反射频率；f₃表示支承层反射频率；Zi表示各层弹性波波阻抗；

S2、构建带缺陷的无砟轨道层状介质模型：

a、当检测单元与缺陷位置较远时，与无缺陷的无砟轨道层状介质模型相同，只存在无砟轨道三种层状介质界面反射波；

b、当检测单元位于缺陷上方，且离边界较远时，由于空洞缺陷波阻抗Z4与Z1之间的巨大差异，此时回波信号f1占主导地位；

c、当检测单元位于缺陷上方，且与缺陷边界较近时，缺陷边缘与传感器间的距离为l，则频率f₄表示为：f₄＝v_i/(l+Z₁)；

S3、分析弹性回波与缺陷的映射关系：

a、将无砟轨道弹性回波信号x(n)看作AR模型，回波信号长度为N，x(n)用前k个时刻信号和n时刻扰动a(n)线性组合而成：

式中，表示信号k阶模型x(n)对x(n-i)的依赖程度，a(n)服从正态分布且与x(n-i)(i＝1,2,…,k)相互独立；

回波信号的功率谱表示为：

b、弹性回波AR模型自相关函数表示为：

c、将回波信号的功率谱用矩阵形式表示为：

d、模型参数的获取分为两部分：的获取和的获取；

e、回波信号的功率谱定义k阶前向预测误差fk,n:

f、将Xn-k时刻的值用X_n-k+1，X_n-k+2，…，X_n线性组合表示

g、后向预测误差bk,n:

h、根据前向预测误差和后向预测误差之间关系得到从k-1阶到k阶的递推公式：

式中，为反射系数；

i、外推出k阶模型参数；

S4、建立检测位置——缺陷位置关联的弹性回波频率分布模式：

设回波信号由两种频率的正弦信号构成，即回波信号x(t)表示为：x(t)＝A₁sin(2πf₁t)+A₄sin(2πf₄t)

式中，A₁和A₄分别为f₁和f₄频率信号幅度；

S5、建立基于Burg功率谱估计的无砟轨道功能层缺陷成像方法

a、获取回波信号Burg功率谱，k＝100；

b、计算[f₂,f₁]能量谱占总回波能量的比值η；

c、对η降序排序，以前10％为初始值，表示可能存在缺陷点，并初始化i＝1；

d、以Pi为中心做广度搜索边缘回波频率分布模式，如存在回波频率分布模式，将该点至边缘区域作为R(P_i)，否则不记录该点；

e、i＝i+1,如iq，结束搜索，否则返回步骤d继续搜索；

f、合并R(P_i)作为最终缺陷区域。

2.根据权利要求1所述的一种无砟轨道功能层缺陷成像方法，其特征在于，激励源和传感器共同构成一个检测单元，且激励源和传感器间距固定。