【摘要】：多重信號分類(Multiple signal classification,MUSIC)算法采用密集陣傳感器布置,具有易于布置在復雜航空結構上、方向掃描和多信號源監(jiān)測的優(yōu)點,近年來逐漸被引入至基于Lamb波的結構健康監(jiān)測領域內。但將MUSIC算法應用至復雜航空復合材料結構的沖擊/損傷定位和復雜航空金屬結構的腐蝕損傷監(jiān)測中依然存在許多問題。本文面對復雜航空結構中基于MUSIC算法的健康監(jiān)測方法應用與優(yōu)化開展了深入研究,主要工作及創(chuàng)新點如下:(1)針對MUSIC算法定位精度依賴于Lamb波相速度精度的特點,首先使用單頻信號提取方法從寬帶沖擊響應信號中提取單頻信號并測量Lamb波相速度。其次,針對真實復合材料航空結構的嚴重各向異性,提出了基于單頻重估計的MUSIC沖擊定位方法,建立了相速度自適應機制重估計空間譜以獲取沖擊源準確的角度和距離,減少了航空結構的嚴重各向異性對MUSIC算法定位性能的影響,提高了沖擊定位方法的精度和可靠性。(2)針對真實腐蝕損傷散射信號微弱而導致MUSIC損傷定位精度低的問題,首先將激勵波束成型和雙陣列引入到MUSIC方法中,提出了波束成型與MUSIC空間譜的聯(lián)合搜索方法,增強腐蝕損傷的散射信號和提高其信噪比,提高了腐蝕損傷定位的精度。(3)針對一維線型陣列的角度盲區(qū)問題,提出了基于加權圖像融合的MUSIC方法,將雙陣列輪流作為激勵或傳感陣列,通過加權融合雙陣列的腐蝕損傷成像,實現(xiàn)了一維線型陣列盲區(qū)內的腐蝕損傷監(jiān)測。提出了基于陣列信號協(xié)方差矩陣特征值的腐蝕損傷因子,用以判別腐蝕損傷深度。方法擴大了傳統(tǒng)一維線型陣列的監(jiān)測區(qū)域,實現(xiàn)了腐蝕損傷深度的評估。(4)針對航空結構各向異性、傳感器陣列陣元位置誤差以及波包混疊等造成的壓電傳感器陣列相位誤差從而導致MUSIC算法的定位精度下降的問題,提出了基于自適應暰值法測量相位誤差的全方位陣列誤差校正MUSIC方法,提高了 MUSIC損傷定位方法在真實復雜航空結構上的定位精度和可靠性。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V267;V214;TN911.23
【圖文】：

并指導決策維護方案，從而保障飛行器的安全性，提高飛行器的使用效率以及降護費用。航空結構健康監(jiān)測技術通過在航空結構上布置傳感器網(wǎng)絡能夠實時監(jiān)測對于提高飛行器服役的安全性和降低維護費用具有重要的研究意義和應用價值Ｍ結構健康監(jiān)測的概念逡逑構健康監(jiān)測＿邋（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｈｅａｌｔｈ邋ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，邋ＳＨＭ）技術采用智能材料}P構的概念，絡將驅動元件和傳感元件集成在結構中，實時在線地采集傳感器信號，結合先進法，提取相應的信號特征參數(shù)，對結構狀態(tài)進行評估甚至對結構損傷的位置和尺監(jiān)測結構損傷的擴展趨勢并預測損傷結構的使用壽命，從而提離航空結構的飛行安據(jù)監(jiān)測原理和監(jiān)測對象的不同，常見的航空結構健康監(jiān)測系統(tǒng)可分為被動式監(jiān)測兩種，對應的原理如圖Ｕ所示＾在被動式監(jiān)測時，布；ａ在航空}P構上的傳感器載荷發(fā)生在結構上引發(fā)的彈性波，采用一隹的信號處理算法評估沖擊載荷的位置式監(jiān)測時，航空￣結構上布置有驅動器和傳感器網(wǎng)絡。該技術利用驅動器向航空結信號，采集傳感器接受的響應信號ｉ^~結構產(chǎn)生損傷時，傳感器接受．的結構響應，通過提取特征參數(shù)分析響應信號的變化，從而實現(xiàn)結構損傷的監(jiān)測。逡逑楩動器逡逑

航空結構健康監(jiān)測系統(tǒng)一敢■由３部分組成，包括集成在航空結構上的傳感器網(wǎng)絡、信號調逡逑理采集系統(tǒng)以及信號處理算法組成ｐ，４］。ｕ般常見的傳感器包括壓電片、光纖傳感器、應變片逡逑等［５凡如圖１．２所系。這些集成在飛行器結構上的傳感器網(wǎng)絡可對飛行栜結構的損傷〈包括分逡逑層與脫層、疲勞裂紋以及腐蝕等）進行主動監(jiān)測，也可Ｍ時對結構應變、氣動壓力以及外部沖逡逑１廔進行被動監(jiān)測。逡逑＾邐ｋ邐１邐（邐．邐光纖邋Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ｆｉｂｅｒ邋（邐、逡逑ｊ邐■邐灥，邐被動傳感：逡逑－ｊ邋＾邋ｔ邋１邐＾邐－ｉ逡逑／－邋？邐．＿ｍ＆．逡逑ｉｆ，Ｌ．．．ｊ邋１邐Ｊ＃｜邐＿邐１１逡逑鼉邐應變片邋Ｓｔｒａｉｎ邋Ｇａｕｇｅ邋邐逡逑Ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑圖１．２結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測對象逡逑１．１．２航空結構健康監(jiān)測的研究現(xiàn)狀逡逑與金屬材料相比，復合材料由寧比重小、比強虔裔、比j董大并具有可設計性，因此逐步逡逑痛－甩于航空航天領域＞１２］。如復合材料在空客Ａ３５０ＸＷＢ中所占的比＿高達５２％，如圖１．３所逡逑示。但復合材料結構在使用過程中容易受到低速沖擊而造成結構內部損傷［１３，１火這些內部損傷逡逑不僅使得結構強度大幅度下降且常規(guī)檢測方法無法檢測出來，使得結構存在嚴重的安全隱患。逡逑Ａ３５０邋：５２％邐—＿＊＊＂？邐、逡逑波音邋７８７：５０％

航空結構健康監(jiān)測系統(tǒng)一敢■由３部分組成，包括集成在航空結構上的傳感器網(wǎng)絡、信號調逡逑理采集系統(tǒng)以及信號處理算法組成ｐ，４］。ｕ般常見的傳感器包括壓電片、光纖傳感器、應變片逡逑等［５凡如圖１．２所系。這些集成在飛行器結構上的傳感器網(wǎng)絡可對飛行栜結構的損傷〈包括分逡逑層與脫層、疲勞裂紋以及腐蝕等）進行主動監(jiān)測，也可Ｍ時對結構應變、氣動壓力以及外部沖逡逑１廔進行被動監(jiān)測。逡逑＾邐ｋ邐１邐（邐．邐光纖邋Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ｆｉｂｅｒ邋（邐、逡逑ｊ邐■邐灥，邐被動傳感：逡逑－ｊ邋＾邋ｔ邋１邐＾邐－ｉ逡逑／－邋？邐．＿ｍ＆．逡逑ｉｆ，Ｌ．．．ｊ邋１邐Ｊ＃｜邐＿邐１１逡逑鼉邐應變片邋Ｓｔｒａｉｎ邋Ｇａｕｇｅ邋邐逡逑Ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑圖１．２結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測對象逡逑１．１．２航空結構健康監(jiān)測的研究現(xiàn)狀逡逑與金屬材料相比，復合材料由寧比重小、比強虔裔、比j董大并具有可設計性，因此逐步逡逑痛－甩于航空航天領域＞１２］。如復合材料在空客Ａ３５０ＸＷＢ中所占的比＿高達５２％，如圖１．３所逡逑示。但復合材料結構在使用過程中容易受到低速沖擊而造成結構內部損傷［１３，１火這些內部損傷逡逑不僅使得結構強度大幅度下降且常規(guī)檢測方法無法檢測出來，使得結構存在嚴重的安全隱患。逡逑Ａ３５０邋：５２％邐—＿＊＊＂？邐、逡逑波音邋７８７：５０％

【參考文獻】

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本文編號：2764991