[发明专利]基于激励波束成型和加权图像融合的MUSIC腐蚀监测方法

说明书

本发明公开了基于激励波束成型和加权图像融合的MUSIC腐蚀监测方法。该方法针对损伤散射信号弱并影响MUSIC精度，首先将激励波束成型和双阵列引入到MUSIC方法中，增强腐蚀损伤的散射信号和提高其信噪比。其次将双阵列轮流作为激励或传感阵列，通过加权融合双阵列的腐蚀损伤成像，实现了一维线阵盲区内的腐蚀损伤监测。最后提出了基于阵列信号协方差矩阵特征值的腐蚀损伤因子，用以判别腐蚀损伤深度。本发明提高了MUSIC腐蚀监测的定位精度，扩大了传统一维线阵的监测区域，实现了腐蚀损伤深度的评估，在真实航空结构的腐蚀损伤监测方法具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于工程结构健康监测技术领域，特别涉及了一种MUSIC腐蚀损伤监测方法。

背景技术

目前全球有超过14000架老龄化飞机，而老龄化飞机通常需要更加频繁的检测和维护。作为一种频繁发生的损伤，很多老龄化飞机正遭受着结构腐蚀。根据美国联邦航空管理局统计，老龄化飞机有关腐蚀的维护花费占总维护费用的30％。因此，腐蚀损伤监测成为当前结构健康监测中一个很重要的课题。

由于Lamb波具有长距离的传播能力且对小损伤敏感，基于Lamb波的结构健康监测方法具有很好的应用前景。由于传感器阵列易于在结构上布置且具有方向扫描的功能，阵列信号处理方法逐渐被引入结构健康监测区域。近些年，MUSIC(多重信号分类)算法是其中一种代表性的算法。MUSIC算法属于子空间类算法，其算法的基本思想是将任意阵列输出数据的协方差矩阵进行特征值分解，从而得到与信号分量相对应的信号子空间和与信号分量相正交的噪声子空间，然后利用这两个子空间的正交性来估计信号的参数。

在MUSIC腐蚀损伤监测中，腐蚀损伤并不能产生Lamb波，因而需要采用主动Lamb波方法并利用腐蚀损伤的散射信号来实现定位和程度评估。然而腐蚀损伤的散射信号很微弱，信噪比低，从而导致MUSIC方法的定位精度低。其次，通常的MUSIC损伤定位方法中采用一维均匀线阵来接受Lamb波，但一维线阵在靠近0°和180°角度范围内存在监测盲区问题。若腐蚀损伤发生在盲区内，即[0°30°]和[150°180°]，则对其不能定位。此外，目前MUSIC算法还不能评估腐蚀损伤的程度。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供基于激励波束成型和加权图像融合的MUSIC腐蚀监测方法，增强腐蚀损伤的散射信号并提高其信噪比，消除传统一维均匀线阵的监测盲区，并实现腐蚀损伤的定位和深度评估

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

基于激励波束成型和加权图像融合的MUSIC腐蚀监测方法，包括以下步骤：

(1)在结构处于健康状态时，轮流驱动阵列A和阵列S激发Lamb波，并采集对应传感器阵列的响应信号，记为基准信号；

(2)在腐蚀损伤监测过程中，轮流驱动阵列A和阵列S激发Lamb波，并采集对应传感器阵列的响应信号，记为监测信号；将监测信号减去基准信号，记为腐蚀损伤的散射信号；

(3)基于MUSIC算法和腐蚀损伤的散射信号，得到腐蚀成像结果，搜索腐蚀成像结果的峰值点，即为腐蚀损伤的初估位置；

(4)根据此初估位置，计算激励阵元相对腐蚀损伤位置的时延，并根据该时延前移或后移腐蚀损伤的散射信号，叠加这些腐蚀损伤的散射信号获得增强的腐蚀损伤的散射信号；

(5)将增强的腐蚀损伤的散射信号再次代入MUSIC算法，得到对应的腐蚀成像结果和散射信号协方差矩阵的大特征值；

(6)对阵列A和阵列S分别作为激励源阵列时对应的腐蚀成像结果设置相应的权值，根据权值融合两次腐蚀成像结果，搜索融合成像的峰值点，即为腐蚀损伤位置；

(7)根据步骤(6)得到的权值叠加散射信号协方差矩阵的大特征值，进而计算腐蚀因子，利用腐蚀因子评估腐蚀损伤深度。