伪多源采样复域FastICA冲击定位算法

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1、2016年2月第42卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2016V01．42No．2http：／／bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0096伪多源采样复域FastlCA冲击定位算法袁梅1’2一，牛奔1’3，董韶鹏1，喻亮1(1．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100083；2．先进航空发动机协同创新中心．北京1000833．北京航空航天

2、大学航空科学与技术国家实验室(筹)，北京100083)摘要：使用传感器阵列对材料结构冲击损伤进行定位，有助于及时发现损伤及潜在威胁，保障结构安全性。采用盲源分离(BSS)对传感器阵列信号进行预处理，提出单通道伪多源采样方法，利用每个传感器的分时段信息构建该传感器多源观测信号作为复域FastlCA算法的输入，分离出每个传感器观测到的带有相位信息的冲击信号；结合阈值时延定位方法求解平面冲击事件的坐标。理论推导和数值仿真验证了本文设计的联合冲击定位算法的有效性。冲击定位平台上的实验结果表明，联合冲击定位算法可以从冲击．振动混合信号中分离出冲击信号，提高阵列传感器冲击

3、定位的时延分析准确性。同时对传感器数量少于源信号的欠定BSS问题提供了一种解决方案。关键词：盲源分离(BSS)；独立分量分析；信号处理；冲击定位；单通道伪多源采样法中图分类号：V219；TN911．7文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)02-0243-08飞行器在飞行过程中可能会受到异物撞击，由撞击所引发的功能性损伤不仅会降低结构的承载能力，还会削弱结构的强度并降低安全性。因此有必要采用结构健康监测技术对撞击事件进行实时监测⋯。目前，对撞击事件的研究大多在假设环境无振动或振动可忽略的条件下进行旧。3o。但飞行时受气动载荷及发动机工作的影响，飞

4、行器会产生抖振或颤振，从而使得结构状态监测信号中耦合了振动信号。在这种条件下，通过获取冲击信号前沿确定时延的阈值法精度会急剧下降甚至失效。此外，因撞击产生的冲击信号的频谱频带范围宽H1，一般的频域滤波处理方法在消除振动的同时，可能会造成冲击信号有效成分的损失。为将冲击信号从混合信号中提取出来，可以使用基于独立分量分析(IndependentComponentAnalysis，ICA)的盲源分离(BlindSourceSepara-tion，BSS)方法”⋯。BSS方法是指在未知源信号与混合通道参数的情况下，仅根据观测信号的统计特征及观测数据恢复出源信号，其在损

5、伤监测‘2’3’5

6、、气象‘7。、医学‘81以及通信领域‘91都有广泛的应用。正常情况下的BSS方法通常要求输入信号个数大于等于混合前源信号个数，即传感器阵列中，需要多个传感器测量序列作为输入，才能分离出独立的冲击信号与振动干扰信号。但是这种方法难以确定出不同传感器接收冲击信号的时间延迟，不能采用阈值时延法实现冲击定位。为了充分利用源信号特征以及每个传感器的信息，实现传感器阵列对冲击信号定位，提出单通道伪多源采样方法与复域FastlCA算法提取冲击收稿日期：2015-02—13；录用日期：2015-03-13；网络出版时间：2015-04-2216：07网络出

7、版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150422．1607．001．html基金项目：国家自然科学基金(51375030)}通讯作者：Tel．：010-82338757E-mail：yuanm@buaa．educn引用格式：袁梅，牛奔，董韶鹛，等．伪多源采样复域FastlCA冲击定位算法fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42f2)：243—250．YUANM，NIUB，DONGSP，eta1．Pseudo—mum-soaFce-samplingcomplexdomainFastlCAforimpactloca

8、tionfJJ．JournalofBeiiingUniversityofAeronauticsandAstronautics。2016．42(2)：243—250(inChinese)．244北京航空航天大学学报2016拄信号，并结合阈值时延定位方法设计了联合冲击定位算法。其中，单通道伪多源采样方法利用单传感器的分时段信息构建多个观测信号作为复域FastlCA算法的输入，进而分离出带相位信息的冲击信号；阈值时延定位方法根据冲击到达不同位置传感器的时间延迟，计算出实际冲击位置的坐标。1BSS预处理与单通道伪多源采样方法预先对阵列信号进行BSS处理，分离得到的源信

9、号信息为接下来的单通道伪多源采样方法构