[发明专利]未知波速的声发射源线性更正定位方法、系统及存储介质

说明书

本发明公开了一种未知波速的声发射源线性更正定位方法、系统及存储介质，其中方法包括以下步骤：通过引入两个中间变量，构造了未知波速的线性方程组，并求解无约束最小二乘(LS)解；通过估计方程残差得到方程组的权重矩阵；利用格拉格朗日乘子技术将权重矩阵和二次约束施加到最小二乘(LS)估计上构建拉格朗日函数；最小化拉格朗日函数得到新的非线性方程组；采用线性更正技术求解该非线性方程组，进而得到最优估计。本发明的定位精度高，计算速度快。

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种未知波速的声发射源线性更正定位方法、系统及存储介质。

背景技术

声发射作为一种重要的无损检测技术，在岩石力学和采矿工程中广泛应用。声发射源定位技术可以确定裂缝和断层的准确位置，因此经常被用作研究裂纹萌生和扩展机理以及评估岩爆危险的科学依据。基于空间分离传感器获取的TDOA(到达时间差)测量值具有更加优越的性能，因此被广泛使用。现有基于TDOA测量数据的声发射源定位方法有很多，但是所有这些方法都需要预先测定波速，如果波速测量误差较大将会导致声发射源定位精度远低于应有水平。传统解析方法对噪音的免疫能力较低，只有在较小的TDOA噪音下才能实现好的定位结果。此外，传统迭代方法存在初值敏感性问题和迭代不收敛现象。因此，一种精确、高效的声发射源定位方法，仍需进一步的研究。

发明内容

本发明提供了一种未知波速的声发射源线性更正定位方法、系统及存储介质，以解决相关技术中声发射源定位不精确和计算效率低的问题。

第一方面，提供了一种未知波速的声发射源线性更正定位方法，包括：

从多个传感器中选取一个传感器作为参考传感器；根据该参考传感器构造未知波速的TDOA方程，并通过引入两个中间变量V、K得到线性方程组；求解该线性方程组得到无约束最小二乘解；其中V＝v²，v表示声发射信号的传播速度，x、y、z分别为声发射源坐标的分量；

通过估计方程残差得到线性方程组的权重矩阵；

利用格拉格朗日乘子技术将权重矩阵和二次约束施加到最小二乘估计上构建拉格朗日函数；

对拉格朗日函数求梯度，并令梯度等于0可得到新的包含声发射源坐标和波速的非线性方程组；

利用线性更正技术求解该非线性方程组，得到最优解，实现声发射源坐标定位。

进一步地，将参考传感器坐标设置为(0，0，0)，则所述线性方程组表达式如下：

其中，x、y、z分别为声发射源坐标的分量，x_i、y_i、z_i分别表示第i个传感器的坐标分量，t_i,0表示第i个传感器与参考传感器之间的TDOA测量值，M表示传感器的个数；

最小二乘解为：

其中右上角符号T表示矩阵转置。

进一步地，所述权重矩阵为：

W＝(4BNB)^-1

其中，表示t_i,0中不含噪音的项；在权重矩阵W中，未知参数被t_i,0所替代；此外，未知参数K和V分别被θ₀(4)和θ₀(5)近似代替，其中θ₀(4)和θ₀(5)分别表示最小二乘解θ₀的第四和第五个元素。

进一步地，所述拉格朗日函数为：