[发明专利]一种低频结合高频二次波束形成定位方法

权利要求书

1.一种低频结合高频二次波束形成定位方法，其特征在于：所述方法包括：

S1、通过各声发射传感器采集待测结构损伤时发出的声发射信号；

S2、通过主瓣、旁瓣宽度参数与最大旁瓣级来确定传感器直线阵列对应的高低两种最优频带；

S3、信号通过包络降频使其频率范围满足定位最优低频带，再通过声发射波束形成算法进行低频定位后再确定主瓣范围；

S4、信号通过滤波使其频率范围满足定位最优高频带，再通过声发射波束形成算法，在已确定的主瓣范围内进行二次波束形成定位，最终波束形成输出值的最大值对应的位置即为声源的定位结果；

所述S2中包括：

引入波束形成主瓣、旁瓣宽度的参数Res来衡量空间分辨率和定位精度，对于线性阵列波束形成的主瓣、旁瓣宽度，各自分为横向宽度Resh与纵向宽度Resz，通过公式计算不同频率的信号对应的波束形成定位主瓣宽度参数Res1与旁瓣宽度参数Res2；

其中R_h表示为波束形成输出结果最大值衰减20％对应的主瓣横向宽度，Rz表示为波束形成输出结果最大值衰减20％对应的主瓣纵向宽度，L_hint表示为波束形成算法中设置扫描网格的横向最小间距，L_zint表示为波束形成算法中设置扫描网格的纵向最小间距；

通过公式计算不同频率信号对应的最大旁瓣级MSL；通过分析主瓣宽度参数Res1，旁瓣宽度参数Res2与最大旁瓣级MSL，选取传感器直线阵列定位最优的高频带和低频带；

选取的具体方法如下所示：

S2.1、当信号频率低，在某一频率区间波束形成定位没有旁瓣时，旁瓣宽度参数Res2为0，选取此频率区间为定位最优的低频带；

S2.2、当信号频率高于某一频率后波束形成定位开始出现旁瓣，不同阵列对应该频率数值不同，当信号频率大于该某一频率之后，主瓣宽度参数Res1与旁瓣宽度参数Res2随着频率的升高而下降，所以频带选取应选取信号高频部分，但最大旁瓣级随着频率的升高而降低，所以频带选取应选取信号低频部分；同时高频带选取应考虑保证信号强度，从信号中高幅值强度部分选取，根据这三个选取标准选取满足三者的最佳频率区间为定位最优的高频带；

所述S4中包括：

通过信号滤波得到高频信号其信号频率位于高频定位对应的频率区间内，将定位扫描范围设置在低频定位确定的主瓣范围内，再进行高频定位；

所述S3中包括：声发射信号经过包络处理后降低信号频率，使信号频率位于最优低频带定位对应的频率范围内，后利用声发射波束形成算法进行低频定位；对波束形成输出值归一化后，其主瓣输出值最大值为1，求其最大值1向其横向幅值衰减20％的横向宽度和向其纵向幅值衰减20％的纵向宽度，作为矩形的相邻边长，以最大值点为中心做一矩形，该矩形范围为高频二次定位主瓣范围；

所述S3、S4中所述声发射波束形成算法包括如下：

(1)、选取第i个传感器作为参考传感器，则第m个传感器相对于参考传感器接收声源发出同一信号的时间延迟或提前表示为：式中c为声发射信号传播速度，L_m表示任一扫描点到第m个传感器的最短距离，L_i表示该任一扫描点到参考传感器的最短距离；

(2)、假设参考传感器接收到的该扫描点发出的信号为P(t)，则根据时间延迟或提前进行相位对齐处理后，第m个传感器接收到的该扫描点发出的信号表示为：P_m(t)＝P[t-τ_mi]，各传感器接收的信号进行相位对齐后进行加权求和处理，得到该扫描点位置波束形成的输出结果B：

式中：M为传感器数目；Wm表示第m个传感器的加权系数；

(3)、由于各阵元信号相位不相同，若扫描点为非声源位置，则信号相位对齐后，加权求和会相互抵消输出B值无法得到最大值，而扫描点为声源位置时信号相位对齐加权求和不会抵消，输出B值为最大值，所以最终输出的B值的最大值所对应的位置就是声源位置。

2.根据权利要求1所述的低频结合高频二次波束形成定位方法，其特征在于：分析阵列不同频率信号对应的主瓣宽度参数Res1，旁瓣宽度参数Res2与最大旁瓣级MSL，选取传感器直线阵列定位最优的高频带和低频带。