一种飞机曲面蒙皮导波损伤成像方法

本技术涉及结构健康监测与超声导波无损检测，特别涉及一种飞机曲面蒙皮导波损伤成像方法。

背景技术：

1、在现代航空航天工业的发展中，飞行器结构的安全可靠性与全寿命周期的运维经济性始终是推动核心技术变革的底层驱动力。在长期交变载荷、腐蚀环境及外物冲击等因素作用下，飞机蒙皮可能产生疲劳裂纹、局部腐蚀和孔洞类损伤。此类损伤若未被及时发现，可能降低结构承载能力和服役可靠性，严重时甚至危及飞行安全。

2、为实现对飞机蒙皮结构损伤的在线监测与快速评估，通常在飞机曲面蒙皮的待监测区域表面布设压电传感网络，并采用收发分离的布局方式将发射端阵列与接收端阵列分别布置于监测区域两侧，由发射端压电传感器激发超声导波，导波沿蒙皮薄板结构传播，接收端压电传感器拾取传播后的导波信号。在传感网络中，从某一发射传感器到某一接收传感器之间的特定发射-接收组合被定义为一条传感路径，多对发射-接收组合构成多条传感路径，每条路径均提供覆盖监测区域中特定空间范围的有效信息。在导波传播过程中，若传播路径上存在损伤，导波将发生反射、散射和衰减，导致接收信号相对于健康状态下的信号产生可测量的变化。

3、现有重构损伤检测算法rapid（reconstruction algorithm for probabilisticinspection of damage/defects）是导波损伤成像领域最具代表性的方法之一，该方法通常以传感器发射端和接收端为焦点，利用健康状态与当前状态导波信号之间的差异构造单一类型的损伤指标，并将每条从发射端接收端的路径损伤指标映射为空间椭圆概率分布，再通过多路径叠加形成损伤概率图。

4、然而，不同损伤特征对噪声的敏感程度及其空间约束能力存在显著差异，若直接将各路径的单一损伤概率进行线性叠加或采用固定权重融合，则低可信特征在路径密集区域的虚假响应会被放大，而弱散射路径的真实贡献可能被淹没，致使两类特征的互补优势难以有效发挥，最终导致损伤概率图的定位精度下降、聚焦性变差，甚至在某些工况下出现明显偏离真实缺陷的伪峰。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种飞机曲面蒙皮导波损伤成像方法。

2、本说明书采用下述技术方案：

3、本说明书提供了一种飞机曲面蒙皮导波损伤成像方法，包括：

4、获取飞机曲面蒙皮的多组健康基线导波信号以及待检测状态下的当前导波信号，并从所述健康基线导波信号中提取健康直达波飞行时间；

5、基于所述健康直达波飞行时间校准每条传感路径的传播时间，并基于校准后的传播时构建飞行时间约束概率图；

6、根据所述多组健康基线导波信号和当前导波信号对传感路径进行敏感度分类补偿和覆盖密度均衡，以生成补偿后的信号差分系数概率图；

7、以补偿后的sdc概率图为主证据、tof约束概率图为辅助证据，并根据所述辅助证据与所述主证据的证据一致性，对所述辅助证据进行可靠度折扣处理，得到折扣后的tof可靠度；并利用所述主证据的空间分布特性构建空间支撑门控，以对所述辅助证据进行约束，得到受控tof辅助图；以及基于所述主证据、折扣后的tof可靠度以及受控tof辅助图通过证据理论对两类证据进行像素级融合，得到融合后的损伤质量分布；

8、根据所述融合后的损伤质量分布，生成最终的曲面蒙皮损伤概率成像图。

9、进一步地，所述基于所述健康直达波飞行时间校准每条传感路径的传播时间，包括：

10、利用代数重建技术对所述健康直达波飞行时间进行迭代反演，得到路径尺度下的等效慢度场；

11、利用所述等效慢度场对每条传感历经的传播时间进行重算，得到每条传感路径校准后的传播时间。

12、进一步地，所述利用代数重建技术对所述直达波飞行时间进行迭代反演，得到路径尺度下的等效慢度场，包括：

13、将所述飞机曲面蒙皮沿曲率方向展开，并在展开平面内建立校准网格；

14、以频散分析得到的等效群速度的倒数为各校准网格单元的慢度初始值；按照kaczmarz形式迭代更新各校准网格单元的慢度值；

15、每轮迭代后对慢度场施加邻域平滑；

16、当归一化声时残差收敛或达到预设迭代次数时停止迭代，得到所述等效慢度场。

17、进一步地，所述基于校准后的传播时构建飞行时间约束概率图，包括：

18、基于校准后的每条传感路径的传播时间，自适应确定直达波时间窗和散射波时间窗；

19、在所述散射波时间窗内提取各传感路径的散射飞行时间特征，并利用所述等效慢度场将所述散射飞行时间特征映射为飞行时间约束概率图。

20、进一步地，根据所述多组健康基线导波信号和当前导波信号对传感路径进行敏感度分类补偿和覆盖密度均衡，包括：

21、根据每条传感路径的健康基线导波信号和当前导波信号的相关系数，得到归一化信号差分系数；

22、基于多组健康基线导波信号两两之间的相关系数，得到所述传感路径的可靠性权值；

23、基于所述归一化信号差分系数和所述可靠性权值，将路径划分为强敏感路径、弱敏感路径和低可信路径；并对所述强敏感路径赋予与加权路径敏感度一致的权重，对所述弱敏感路径进行补偿增强，对所述低可信路径进行抑制；

24、将各传感路径的空间概率核按分类补偿后的权重进行加权叠加，得到概率累积结果；并基于每条路径的空间概率核，得到路径覆盖密度。

25、进一步地，所述生成补偿后的信号差分系数概率图，包括：

26、基于所述概率累积结果与所述路径覆盖密度，得到所述补偿信号差分系数概率图，表示为：

27、

28、其中，为覆盖密度均衡系数；表示概率累积结果；表示路径覆盖密度；表示正则化常数；表示全局归一化算子。

29、进一步地，根据所述辅助证据与所述主证据的证据一致性，对所述辅助证据进行可靠度折扣处理，包括：

30、计算所述辅助证据的峰值位置与所述主证据的峰值位置之间的空间距离，根据所述空间距离确定第一折扣因子；

31、计算所述辅助证据与所述主证据在全图分布上的hellinger距离，根据所述hellinger距离确定第二折扣因子；

32、计算所述辅助证据与所述主证据的空间重叠度，根据所述空间重叠度确定第三折扣因子；

33、将所述辅助证据的初始可靠度与所述第一折扣因子、所述第二折扣因子和所述第三折扣因子的乘积作为折扣后的辅助证据可靠度。

34、进一步地，所述融合后的损伤质量分布的计算过程为：

35、对于每个像素点，将所述主证据的基本概率分配中的非损伤假设质量分配至不确定集，将所述辅助证据的基本概率分配中的非损伤假设质量分配至不确定集，得到两类证据的基本概率分配；

36、采用dempster组合规则对两类证据的基本概率分配进行融合，得到该像素点的融合损伤质量。

37、进一步地，最终的曲面蒙皮损伤概率成像图的生成，表示为：

38、

39、其中，表示最终的曲面蒙皮损伤概率成像图；表示融合后的损伤质量；表示补偿后的sdc概率图；表示受控tof辅助图；为一致性增强系数，为主证据保留系数，表示归一化算子。

40、本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

41、针对单一损伤特征信息不完备、线性叠加难以充分发挥特征互补优势导致定位精度不足的问题，本发明以补偿sdc概率图为主证据、tof约束概率图为辅助证据的融合过程中，通过对tof辅助证据实施自适应可靠度折扣以削弱冲突响应，并利用主证据的空间分布特性构建空间支撑门控，将tof辅助图约束于sdc主峰邻域内，保证tof证据仅发挥辅助增强作用而不会单独主导成像，该融合策略有效避免了传统固定权重融合或简单叠加带来的冲突证据干扰，从根本上消除了传感网络路径交叉密集区产生的伪影，维持了全域损伤筛查的可靠性。