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龙图腾网获悉天津大学申请的专利基于梯度下降解算的航天器舷窗结构声源定位方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115586491B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-10发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211300557.8，技术领域涉及：G01S5/18；该发明授权基于梯度下降解算的航天器舷窗结构声源定位方法是由张宇;刘嘉成;芮小博;徐立鑫;綦磊;曾周末设计研发完成，并于2022-10-24向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于梯度下降解算的航天器舷窗结构声源定位方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种基于梯度下降解算的航天器舷窗结构声源定位方法，包括1确定信号范围；2计算到达时间差；3确定起始位置；4计算最短路径；5建立目标函数；6定位解算。本发明可对贯穿结构的碰撞定位位置进行实时检测，为在轨飞行器的运行安全提供保障，当太空碎片与系统发生碰撞时，碰撞位置会产生弹性兰姆波信号，利用不同位置的压电传感器对兰姆波信号进行监测，通过特定的检测算法可以计算出碎片与系统的碰撞位置。本发明解决航天器舷窗结构传播路径不为直线的的碰撞定位问题，所需的压电传感器阵列简单，适用性强；同时，基于修正步长补偿和偏差系数的梯度下降方法在没有产生额外计算的情况下加快了迭代速度，节省时间成本。

本发明授权基于梯度下降解算的航天器舷窗结构声源定位方法在权利要求书中公布了：1.一种基于梯度下降解算的航天器舷窗结构声源定位方法，其特征在于：所述方法采用的定位系统包括压电传感器、信号放大器、信号采集卡及计算机，航天器舷窗结构的四角均布置所述压电传感器，四角的所述压电传感器距离航天器舷窗结构圆心距离相同，所述压电传感器均连接至所述信号放大器，所述信号放大器放大压电传感器获得的弹性波信号并传输给信号采集卡，所述信号采集卡将采集到的信息传输至计算机，以所述航天器舷窗结构的圆心为原点x0，y0将压电传感器分别分布于四个象限中，第i个压电传感器的坐标位置为xi，yi； 所述定位方法的步骤为： 1确定信号范围 采用滑动能量窗对各个压电传感器接收到的125kHz到250kHz的信号频段进行处理，首先，从兰姆波信号的起始时间点截取一定宽度的信号窗口，并将窗口中信号的总能量作为起始时间点的能量值，然后从该点前进一步，从下一点截取窗口宽度信号，并将窗口中信号的总能量作为下一点的能量值，信号窗口根据步长沿时间轴移动，并获得窗中信号的能量值作为窗口中信号起点的能量值， 其中：Tti表示每一点能量的绝对值； Tw表示能量窗长度； It当前点对应能量窗的总能量； 绘制所有能量值点，得到兰姆波信号的时间-能量图，并认定归一化后能量峰值大于0.4的峰值点为一次碰撞发生，将符合条件的能量峰值点之前5000个点和随后10000个点的信号作为碰撞发生事件所在的时间范围； 2计算到达时间差 通过希尔伯特变化求选定范围内信号的包络线以确定信号的变化趋势，再利用AIC准则对上下包络线进行处理并取平均值以准确获取S0模态的起始时刻，为减小杂散信号造成的误差并方便计算，对获取的函数值求绝对值并与缩放因子相乘，计算公式如下： AICtw＝K|tw·lnvarT1,tw+Tw-tw-1·lnvarT1+tw,Tw| T表示选定范围，其包含信号长度从1到Tw； tw表示只有选定范围T内的信号参与计算； var表示方差函数； varT1,tw表示仅计算选定范围T内序列1,tw信号的方差； maxT1,Tw表示选定范围内信号的最大值； maxpksT表示AIC曲线的最大峰值； K表示缩放因子； 将四个压电传感器的S0模态兰姆波信号的到达时间进行记录，红线表示选定范围内的兰姆波信号，黑色虚线表示AIC曲线，绿线表示S0模式的开始时间； 对于第i个传感器，碎片碰撞事件中接收到的兰姆波信号的到达时间为ti，这是对应于第i个AIC曲线第一个峰值的时间点，计算第i个传感器和第j个传感器之间的实际到达差异，并表示为Δtij， ti＝pksAICi Δtij＝ti-tj 3确定起始位置 比较不同象限内压电传感器接收到信号的开始时间，最先接收到信号的压电传感器距离声发射源最近，可以近似假设声发射源点的初始坐标： x0,y0＝C,C，如果传感器接收到的第一个信号位于第一象限； x0,y0＝-C,C，如果传感器接收到的第一个信号位于第二象限； x0,y0＝-C,-C，如果传感器接收到的第一个信号位于第三象限； x0,y0＝C-,C，如果传感器接收到的第一个信号位于第四象限； 其中C表示常数； 4计算最短路径 为了确定最短的信号路径，将每个压电传感器的孔结构划分为不同的区域，对于第二象限传感器，压电传感器与航天器舷窗结构圆心的切点为a和b，该平面被传感器切线分为六个区域，从压电传感器S到声发射源O的定向路径定义为向量向量以O为起点，a、b为终点，Xob是通过计算的向量外积值获得的： Xoa也以同样的方式计算和记录，如果Xoa和Xob均为非正或非负，则表示声发射源O位于区域A或D中； 否则，声发射源O位于其他区域； 然后，通过计算和的向量内积的值来获得Yob； Xoa也以同样的方式计算和记录，如果Xoa和Xob均为负值，则表示声发射源O位于区域F中； 否则，则计算向量的模以供进一步判断： 如果Zob为负，则表示声发射源O位于区域E； 否则，如果|x|≥|y|，则声发射源O位于区域B，如果|x||y|，则位于区域C； 显然，当声发射源O位于区域A、D、E和F时，传感器接收信号的最短路径d2是一条直线； 当声发射源O位于区域B或C时，最短路径d2是多段路径之和，声发射源O与航天器舷窗结构圆心的切点为c和d，当声发射源O位于区域B或c时，传感器接收信号的最短路径为dd2ac或dd2bd： 其中Lac和Lbd表示圆孔上两点的弧长； 通过判断声发射源O所在的区域，可以计算出最短路径距离： 如果声发射源O位于区域A、D、E和F中； d2＝dd2ac如果声发射源O位于区域B中； d2＝dd2bd如果声发射源O位于区域C中； 位于其他象限压电传感器的最短路径计算依照上述步骤获得； 5建立目标函数 计算声发射源O和不同位置压电传感器之间的最短路径差： Δdij＝di-dj 理论距离差和实际距离差之间的差值可用于建立梯度下降法的目标函数： 其中：dij表示不同传感器之间的距离； v表示兰姆波在介质中的传播速度； 6定位解算 执行定位计算时，初始点x0,y0设置为迭代计算的起点，判断位置所在的区域，计算相应区域的最短路径距离，用梯度下降法更新位置，判断下一个位置是否满足终止条件，如果不满足条件，则重新判断更新位置所在的区域和相应的目标函数，以继续迭代计算： 计算方程如下： [xk+1,yk+1]＝[xk,yk]-Hk-1▽fxk,yk xk+1,yk+1表示迭代后下一个可疑碰撞点的坐标，xk,yk表示现在识别的碰撞点的坐标，Hk-1并表示梯度下降法的步长； 下式表示了当前位置点与理想位置之间的偏差程度，称其为偏差系数： 如果k≤λ 其中：β表示计算因子，用来防止步长的过矫正； max||g||是梯度向量中所有元素绝对值的最大值； 使用该方法处理前面几次迭代过程，之后利用补偿步长方法来进行步长更新kλ， Sk＝[xk,yk]T-[xk-1,yk-1]T zk＝[▽fxk,yk-▽fxk-1,yk-1]T 如果k＞λ 重复迭代，直到达到停止标准||g||＜ε和||En+1-En||＜ε，得到定位结果。

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