【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无损检测，具体涉及一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法。
技术介绍
1、自从1957年发射第一颗人造卫星以来，人类的太空探索活动日益频繁，发射到太空中的人造物体数量持续增长，而近地空间更是众多航天器(如卫星、空间站和航天飞机)绕轨运行的地方，但布满的流星体和由火箭残骸、退役卫星相撞及反卫星试验产生的空间碎片，这对在轨航天器的安全运行构成了严重威胁。声发射技术可以实时监测空间碎片撞击事件，识别并定位航天器防护结构的声发射源位置，便于我国地面控制人员及时采取应对措施。但航天器上的工作部件会产生10-1量级的弱噪声干扰，同时航天器防护结构在受到空间碎片初次撞击后发生穿孔损伤而会改变结构连续性。弹性波在含孔洞结构上的传播路径搜索方法无法继续使用早期的直线传播假设，而是沿着孔洞边缘曲线传播至接收传感器，此时声发射源到传感器的传播距离不能简单地运用平面直线距离公式进行计算。
2、传统的toa技术已被广泛用于定位各向同性结构中的声发射源，并且基于检测声发射信号在最快传播模式的每个传感器处的到达时间，这使得能够使用简单的三角测量技术来定位声发射源。通过改进基于时差构造的误差函数法可用于无损板类结构的声发射源定位，但基于时差构造的误差函数法对于时差数据的波动敏感，信号采集过程中的背景噪声干扰、材料本身不均质和后期到达时间确定方法所产生的误差对最终定位结果的准确性的影响大。
3、toa技术和基于时差的误差函数法依赖于从源到传感器的所有方向上恒定的波速以及它们之间不间断的传播路径假设。航空航天
4、前期广泛应用的手动拾取到达时间方法存在以下三个不足：(1)主观因素。不同的分析员可能选择不同的相位到达，或同一分析员的选择条件也可不同；(2)生理和心理因素。如分析员的疲劳和无聊；(3)分析员能够处理的数据数量有限，特别是大量声发射数据的情况。因此，目前的研究中许多学者都致力于获得准确的时差，提出了自动化的到达时间拾取方法。目前广泛应用的两种到达时间拾取方法是声发射信号与aic的联合回归模型、信号在短时窗和长时窗中的特征函数比率，包括sta/lta、分形维数(stafd/ltafd)和熵。kim等人使用单阶段和两阶段aic方法确定到达时间。zhou等人提出了一种混合算法，包括加窗lempel-ziv复杂度和aic方法，结合多尺度理论来研究到达时间拾取。akram研究了sta/lta、aic及其混合到达时间选取方法的性能。δt映射(dtm)方法解决了孔、凸耳和局部不连续性的几何特征这些误差源，可以使用人工源映射结构，而高精度定位复杂结构声发射源。该技术最初是为复杂几何形状的金属结构开发的，已被证明在各向同性材料(如金属、合金)中表现良好，但仍然存在训练数据的收集和处理耗时的问题。该问题需要具有ae背景的操作员来选择最佳数据，确保手动拾取数据的准确性。此外，为了定位ae源，用户必须依靠经验和试错来确定处理参数。而且，航天器工作部件产生的10-1量级的弱噪声干扰，将会导致由于信号和噪声之间的边界模糊而产生的特征曲线偏差，并影响到达时间拾取结果的准确性。这些方法都没有考虑可改变波传播路径和速度的结构因素，例如轻质航天航空结构的多孔设计。
5、综上所述，针对传统的声发射定位技术难以在弱噪声环境下含孔复杂结构中获得准确的声发射源定位结果，亟需开发一种新的声发射源定位方法，解决弱噪声环境下防护结构初次撞击穿孔后再次受到空间碎片撞击的声发射源定位问题，满足航天航空关键结构长时间服役的严苛要求。
技术实现思路
1、为了解决了弱噪声环境中准确拾取信号到达时间、定位含孔防护结构受到空间碎片二次撞击声发射源位置的关键问题，本专利技术提出一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法，能够在确定孔洞轮廓基础上，无需弹性波在结构中传播速度的先验知识，利用联合自动拾取算法获取的时差信息和双向a*算法求解弹性波传播路径长度，结合改进误差法定位声发射源位置。
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案包括以下步骤：
3、步骤1：在接收传感器相互连接所围成的定位区域中确定不规则空区的几何形状和具体位置，确定接收传感器在防护结构上的布局后，确定网格尺寸并划分网格；
4、步骤2：采集并存储各个接收传感器接收到的声发射信号；
5、步骤3：通过联合自动拾取算法确定第i个接收传感器与第j个接收传感器之间的时差tij(i,j＝1,2,…,n且i≠j)；
6、步骤4：通过双向a*算法确定声发射信号从划分好的网格节点传播到第i个接收传感器的距离di；
7、步骤5：通过改进误差函数法确定撞击源位置。
8、进一步的，所述步骤1中，定义有n个接收传感器s1,s2,…,sn，其中n限定范围为n≥3，n个接收传感器的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，声发射源坐标为(x0,y0)，则n个接收传感器到声发射源的距离分别为d1,d2,...,dn。
9、进一步的，所述步骤3包括以下子步骤：
10、步骤3.1：将原始声发射信号划分为包含到达时间的有效数据和不包含到达时间的无效数据，计算门槛值：
11、
12、式中，th为门槛值，max(amp)为声发射信号幅值的最值；
13、步骤3.2：舍去步骤3.1得到的门槛值后段无效数据后，计算固定时窗宽度内的六阶统计量：
14、
15、式中，s6为六阶统计量，xi为声发射数据，为声发射数据均值，σ为声发射数据标准差，n为数据点个数；该计算结果最大值所对应的横坐标即作为初次拾取到达时间；
16、步骤3.3：以初次拾取到达时间结果为中心，选取两倍时窗宽度的原始声发射信号作为计算区间；
17、步骤3.4：在两倍时窗宽度的计算区间内计算aic值，选择aic计算结果最小值所对应的横坐标作为最终的到达时间；
18、aic(k)＝k×lg(var(x[1,k]))+(n-k-1)lg(var(x[k+1,n]))
19、其中，k为前后两个时窗的分界点，var(x[1,k])、var(x[k+1,n])分别为前一个窗口内数据段的方差和后一个窗口内数据段的方差；
20、步骤3.5：获取相应传感器对的时差，将第i个接收传感器的到达时间与第j个接收传感器的到达时间作差，得到时差tij(i,j＝1,2,…,n且i≠j)。
21、进一步的，所述步骤4包括以下子步骤：
22、步骤4.1、计算当前网格节点(xk,yk)(k＝1,2,…,l/δl)与接收传感器(xl,yl)(l＝1,2,…,n)连线的直线方程，该线段所在直线的表达式为：
【技术保护点】
1.一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤1中，定义有N个接收传感器S1,S2,…,SN，其中N限定范围为N≥3，N个接收传感器的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),…,(xN,yN)，声发射源坐标为(x0,y0)，则N个接收传感器到声发射源的距离分别为d1,d2,...,dn。
3.如权利要求1所述的一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤3包括以下子步骤：
4.如权利要求1所述的一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤4包括以下子步骤：
5.如权利要求1所述的一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤4.7中，实际代价是在状态空间中从初始状态到状态n的代价，计算方式是平面距离公式，即初始状态与状态n的直线距离。
6.如权利要求1所述的一种空间碎片二次撞击航
7.如权利要求1所述的一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤5中，改进误差目标函数为:
...【技术特征摘要】
1.一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤1中，定义有n个接收传感器s1,s2,…,sn，其中n限定范围为n≥3，n个接收传感器的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，声发射源坐标为(x0,y0)，则n个接收传感器到声发射源的距离分别为d1,d2,...,dn。
3.如权利要求1所述的一种空间碎片二次撞击航天器防护金属结构的声发射源定位方法，其特征在于，所述步骤3包括以下子步骤：
4.如权利要求1所述的一种空间碎片二次撞击...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宝玺，何思亮，王翔，吕向前，杨富辰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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