[发明专利]模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法

说明书

模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法，涉及空间碎片超高速撞击声发射定位技术领域，本发明的目的是为了解决现有的声源激励方式会导致结构体损伤与污染、存在信号无法长距离传播的问题。在声源点到声发射传感器的传播路径上，布置若干间隔相同距离的三号激励探头，组成激励探头阵列。控制每个三号激励探头输出的激励信号的特征和激励时间，实现多个激励信号的能量叠加，形成幅值满足定位要求的等效声源信号，且不会造成结构体撞击损伤。它用于模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号。

技术领域

本发明涉及空间碎片超高速撞击声发射定位技术领域，特别适用于在定位技术开发实验中模拟超高速撞击，产生对结构体无损的等效声发射信号。

背景技术

撞击声发射定位技术是指，在结构体上布置声发射传感器网络，通过感知结构体被撞击时产生的声发射信号，对撞击事件进行定位。这项技术可以应用在航天器上，以应对空间碎片的撞击威胁。采用时差定位法时，需要获得声发射信号到达各传感器的准确时刻。

为了开发适用于航天器结构体的声发射定位算法并检验其有效性，需要对结构体进行测试实验，在声源位置处激励产生声发射信号是必不可少的技术环节。空间碎片撞击属于超高速撞击范畴，其声发射信号具有独特特征，在地面定位测试中，通常采用的声源激励方式包括利用驱动装置发射高速弹丸撞击激励、断铅模拟激励、单激励探头模拟激励等。高速弹丸撞击会对航天器结构体造成物理损伤及污染，不适用于真实结构，实施难度亦较大；断铅声发射信号弱，衰减快，不适用于大尺寸结构体；激励探头贴于结构体上，可以通过信号发生器产生特定波形的激励信号，然而单个探头产生的信号幅值仍较低，经过长距离传播衰减后，无法获得其准确的到达时刻。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的声源激励方式会导致结构体损伤与污染、存在信号无法长距离传播的问题，现提供模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法。

模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法，所述方法包括以下内容：

步骤1、在航天器结构体外壁上估计设置在航天器结构体内壁上的声发射传感器的位置，得出与声发射传感器位置对应的估计位置，以该位置为圆心画圆；

步骤2、判断圆的圆心与声源点之间的距离是否不大于1/2单激励信号有效传播距离，如果是，则执行步骤3，如果否，则执行步骤4；

步骤3、在声源点处设置一号激励探头，激发一号激励探头产生声发射信号，由声发射传感器感知所述声发射信号并将所述声发射信号传送出去，作为模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号；

步骤4、以声源点为圆心，以声源点到所述圆的圆心的距离为半径，画寻优弧，该寻优弧的两个端点位于圆的边界上；

步骤5、利用1个二号激励探头，采用二分之一逐次逼近法从寻优弧的两个端点开始在寻优弧上的不同位置上逐次激励二号激励探头产生声发射信号，得到声发射信号传播到一号声发射传感器的时间，从所述声发射信号传播到一号声发射传感器的时间中找到最短时间对应寻优弧上的二号激励探头位置，将所述二号激励探头位置与声源点的连线作为声源点到声发射传感器的信号传播路径；

步骤6、在声源点到声发射传感器的信号传播路径上等距布置多个三号激励探头，所述三号激励探头的个数为用声源点连接至声发射传感器并延长至圆的边界的距离除以单激励信号有效传播距离的商向上取整的数；

步骤7、从声源点处的三号激励探头开始，依次激发每个三号激励探头产生声发射信号，每个三号激励探头产生的声发射信号按时序形成叠加信号，由声发射传感器感知所述叠加信号并将所述叠加信号传送出去，作为模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号。

进一步地，步骤3中，激发一号激励探头产生声发射信号，由声发射传感器感知所述声发射信号并将所述声发射信号传送出去，具体为：