[发明专利]一种基于近场波束形成的碰摩声发射源的定位方法

摘要

本发明公开了一种基于近场波束形成的碰摩声发射源的定位方法，该定位方法包括以下步骤：步骤10）安装声发射传感器；步骤20）进行时域分解；步骤30）对每一时域数据段做快速傅立叶变换；步骤40）测算各频率下协方差矩阵和方向矢量；步骤50）测算各子带的功率输出；步骤60）合成宽带信号的输出功率；步骤70）对碰摩声发射源点位置定位。该定位方法将波束形成引入到碰摩声发射信号源的定位中,使得对碰摩声发射源的定位更加准确。

主权项

1.一种基于近场波束形成的碰摩声发射源的定位方法，其特征在于，该定位方法包括以下步骤：步骤10）安装声发射传感器：在碰摩试验装置上沿同一直线等距安装M个声发射传感器，构成阵元为M的直线阵列，该直线阵列获得碰摩源声发射信号，碰摩源声发射信号为宽带信号；M为大于等于3的整数；步骤20）进行时域分解：将声发射传感器接收到的M组声发射信号在时域上分成S个时域数据段，每一时域数据段的长度均为N₀个点；步骤30）对每一时域数据段做快速傅立叶变换：令声发射信号的采样频率为f₀，对每一时域数据段上的数据进行快速傅立叶变换，形成一个带宽为f₀/2的频带，在频带范围f_l～f_h内划分K个互不重叠的子带，即频点数为K，f_l表示频带范围的下限，f_h表示频带范围的上限，在每个子带上分别形成S个频率快拍，X(n,f_k)=[X₁(n,f_k)  X₂(n,f_k)  …  X_M(n,f_k)]式中，n表示S个频率快拍中的一个频率快拍，n=1,…,S；k=1,…,K，f_k表示第k个频点的频率，X(n,f_k)表示所有信号第n个频率快拍的频率为f_k的频率分量，X₁(n,f_k)表示M组阵列中的第1组声发射信号中的第n个频率快拍中频率为f_k的频率分量，X₂(n,)表示M组阵列中的第2组声发射信号中的第n个频率快拍中频率为f_k的频率分量；X_M(n,f_k)表示M组阵列中的第M组声发射信号中的第n个频率快拍中频率为f_k的频率分量；步骤40）测算各频率下协方差矩阵和方向矢量：在频率X(n,f_k)下的协方差矩阵为：R~x(fk)=1SΣn=1SX(n.fk)XH(n,fk)]]>其中，X^H(n,f_k)表示对X(n,f_k)的共轭转置运算；令碰摩源声发射源点与声发射传感器直线阵列中最左端阵元的距离为r₁，在该点的方位角为θ₁，阵元间距为r₀，则碰摩源声发射源点与直线阵列中其余阵元的距离，i=2…M；令扫描点方位坐标为（r，θ），测算方向矢量a，a(r,θ,fk)=[1,e-j2πfk(r-r2)/c...e-j2πfk(r-rM)/c]]]>其中，c为声发射波在材料中的传播速度；步骤50）测算各子带的功率输出：根据最小方差无畸变响应方法，测算出该频率分量在方向角为θ时的窄带波束输出功率P_MVDR(r,θ,f_k)：PMVDR(r,θ,fk)=1aH(r,θ,fk)R~x-1(fk)a(r,θ,fk)]]>其中，a^H(r,θ,f_k)为矩阵a(r,θ,f_k)的共轭转置运算；表示对的逆运算；在进行快速傅立叶变换后，得到信号的有效频率范围为0～f₀/2，频谱分辨率Δf=f₀/N₀；步骤60）合成宽带信号的输出功率：将步骤50）测算的所有子带的窄带波束输出功率相加并进行归一化处理，得到宽带信号的输出功率P_MVDR(r,θ)：PMVDR(r,θ)=1KΣk=1KPMVDR(r,θ,fk)]]>步骤70）对碰摩声发射源点位置定位：设定声场的扫描范围，每个扫描点包括r和θ两个参数，预先设定r和θ的初始值和迭加步长，然后对声场扫描范围中的每个(r,θ)空间点进行扫描，当扫描到声源点时，P_MVDR(r,θ)形成一个峰值，此时P_MVDR(r,θ)对应的r和θ为碰摩声发射源点的位置。