【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无损检测，具体涉及一种基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法。
技术介绍
1、声发射源定位技术作为一种重要的无损检测技术，在结构损伤检测、灾害风险评估和预警等方面有着广泛的应用。为了实现高精度的声发射源定位，学者们提出了多种定位方法，并将其应用于不同领域。然而，传统的声发射源定位方法大多假设介质均匀、声波沿直线传播，然后以固定的波速作为输入参数参与定位。但在实际工程环境和应用场景中，传播介质往往是非均匀不连续的，介质分层现象更为普遍。如果仍然采用传统的假设声波沿直线传播的方法，将导致最终的定位结果出现严重偏差。公布号为cn106442743a的专利技术专利提出了一种考虑声波在两种介质界面折射情况下的声发射源定位方法，该方法利用声波折射定律建立声源和测点的时空关系方程组，根据已知传感器所在位置的坐标值和声波信号到时差以及声波在两种介质中传播的速度，可获得声发射源的位置坐标。而本申请的专利技术人经过研究发现，该方法仅适用于介质界面水平分层的定位问题，为了进一步解决复杂介质中声波折射引起的定位偏差及迭代局部收敛或不收敛的问题，并提高折射点计算的效率和精度，一种适用于弯曲层状介质的新型声发射源定位方法仍需进一步的研究。
技术实现思路
1、针对现有声发射源定位方法仅适用于介质界面水平分层定位，为了进一步解决复杂介质中声波折射引起的定位偏差及迭代局部收敛或不收敛，并提高折射点计算的效率和精度的技术问题，本专利技术提供一种基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法，该方
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、一种基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法，包括以下步骤：
4、s1、构建声发射源到传感器位置的折射路径控制方程，构建的折射路径控制方程如下：
5、
6、其中，ti表示从声发射源位置到声发射传感器之间的时间；v1、v2分别表示不同介质中的波速；t0表示传感器的同步时间；(φm,rm,hm)为折射点sm的柱坐标；(φ,r,h)为声发射源u的柱坐标；(φi,ri,hi)为传感器si的柱坐标；i＝1,2,…,n；
7、s2、根据最短路径原理和正交约束计算折射点位置；
8、s3、通过泰勒一阶展开求解折射路径下的最优声发射源u的位置，实现声发射源定位。
9、进一步，所述步骤s2中，根据最短路径原理构建的目标函数为：
10、
11、其中，τi表示最短路径下声波从声发射源位置到声发射传感器的传播时间。
12、进一步，所述步骤s2中，正交约束关系为：
13、
14、其中，(xi,yi,hi)表示传感器坐标，(x,y,h)表示声发射源坐标。
15、进一步，所述步骤s2中，折射点sm柱坐标中折射角φm的细化搜索区间为：
16、
17、其中，搜索边界φp通过将落在区间[φ,φi]的折射点(xp,yp)转化为柱坐标得到，其中，b＝-2rm2yi，同理，搜索边界φc通过将临界点(xc,yc)转化为柱坐标得到，其中，a′＝(xi-x)2+(yi-y)2，b′＝2x(xi-x)+2y(yi-y)，
18、进一步，所述步骤s3中，包含声发射源柱坐标的未知变量θ(φ,r,h,t0)的修正项δθ的最小二乘解表示为：
19、δθ＝(ata+λdiag(ata))-1atb
20、其中，ata为hessian矩阵；t表示矩阵的转置；λ为大于0的阻尼因子，随着迭代进行自动调整；diag(·)表示一个以括号内元素为主对角线元素，在大主对角线上的元素全为0的n阶方程；其中，表示到时的实际观测值，表示到时的计算值；a是梯度矩阵，表示为其中，
21、
22、
23、
24、与现有技术相比，本专利技术提供的基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法具有以下优点：
25、(1)该方法采用最短路径原理解决了声波折射引起的定位偏差问题，定位精度高且易于实现；
26、(2)该方法对控制方程进行线性化处理，并加入自适应步长阻尼项，避免了局部收敛或不收敛的问题；
27、(3)该方法在折射点求解中考虑了正交约束和细化搜索区间，提高了折射点计算的效率和精度。
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1.一种基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据最短路径原理构建的目标函数为：
3.根据权利要求1所述的基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，正交约束关系为：
4.根据权利要求3所述的基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，折射点sm柱坐标中折射角φm的细化搜索区间为：
5.根据权利要求1所述的基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，包含声发射源柱坐标的未知变量θ(φ，r，h，t0)的修正项Δθ的最小二乘解表示为：
【技术特征摘要】
1.一种基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤s2中，根据最短路径原理构建的目标函数为：
3.根据权利要求1所述的基于最短路径原理的曲面层状介质声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤s2中，正交约束关系为...
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