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CN111610202B - 基于时间反演的介质材料损伤探测系统及方法 - Google Patents

基于时间反演的介质材料损伤探测系统及方法 Download PDF

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CN111610202B
CN111610202B CN202010494839.0A CN202010494839A CN111610202B CN 111610202 B CN111610202 B CN 111610202B CN 202010494839 A CN202010494839 A CN 202010494839A CN 111610202 B CN111610202 B CN 111610202B
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Abstract

本发明提出了一种基于时间反演的介质材料损伤探测系统及方法，用于解决现有技术中存在的复杂环境下探测准确度较低的技术问题，本发明的探测方法包括以下步骤：建立三维坐标系；采样模块记录接收天线坐标和待探测介质材料外部几何信息刨分后的结点坐标；时间反演镜采集无损伤介质材料和待探测介质材料的散射信号；时间反演计算模块对时间反演镜采集的散射信号进行时域取反；傅里叶变换模块对时域取反后的信号进行傅里叶变换；损伤目标判断模块判断是否有损伤；共轭计算模块对损伤目标信号取共轭；反演场计算模块计算所有网格刨分结点的反演场；损伤目标位置筛选模块筛选损伤目标位置。

Description

基于时间反演的介质材料损伤探测系统及方法
技术领域
本发明属于时间反演电磁学、天线技术领域，涉及介质材料损伤探测系统及方法，可用于介质材料结构的小缺陷探测。
背景技术
随着工业化的发展，我国各种金属非金属结构的改变带来问题引起人们的重视，介质构件在长时间服役的过程中可能会出现材料属性的变化，这些具有特殊材料属性的损伤具有大危害性，特别是工作在航天、航海、建筑业等以及极端的条件下。或许可能会出现大面积烧蚀以及物理结构上的形变，严重时会导致模型的大幅度失效损毁，构成不可预期的事故。许多设备、器件等制品变得更加精密，生产和加工过程也就更加复杂，且不能精确控制其技术参数，会在产品的内部后表面产生一定的缺陷，进而影响产品使用性能甚至安全性。因此，产品能否安全应用关键在于对内部和表面缺陷的合理探测，以及避免存在可能危险缺陷的产品，通常人们会对产品进行检测以确定其可用性和安全性。若不能及时的发现损伤会继续加大危害而导致作业失败，轻者影响国民经济，重者影响国防安全问题。所以在不影响其正常运行的情况下对模型的物理结构进行良性的感知具有重要意义。
无损探测是一种不影响待测材料的外形和性能的基础上对材料的健康状况进行检测的方式。随着国内外科技工业的发展，各个行业对于复杂环境下的无损检测的条件和精度都提出了高标准高要求，这就使得传统的探测方法不能满足现代工业的需要。因此新型的损伤探测方法自然就应运而生，例如声发射检测方法、激光无损检测方法、红外热成像检测方法、等。
林隆荣，伏喜斌等人在其于2019年发表在《机电工程》第36卷第6期的论文《复合材料缺陷的红外热成像检测研究》中公开了一种利用红外热成像技术对缺陷试件的探测方法，该方法通过外部热激励源对被测复合材料进行单面热流加热，当热流在被测材料传播过程中遇到结构缺陷或者不连续时，会导致材料表面温度场出现差异，通过热像仪采集记录含材料温度场差异变化信息的热图像，再通过信号和图像处理方法获取红外热图像中缺陷的信息，可以识别材料中的缺陷位置。该方法存在的不足之处是：在复杂环境下采用外部激励源对复合材料缺陷进行红外加热时容易造成能量分布不均匀，严重影响检测图像的质量和对缺陷的探测准确度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出一种基于时间反演的介质材料损伤探测系统及方法，用于解决现有技术中存在的复杂环境下探测准确度较低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于时间反演的介质材料损伤探测系统，包括时间反演镜、时间反演计算模块、傅里叶变换模块、损伤目标计算模块、损伤目标判断模块、共轭计算模块、采样模块、反演场计算模块和损伤目标位置筛选模块，其中：
所述时间反演镜，包括一个发射天线A1和n个周期性排布的接收天线B1,…,Bi,…,Bn，用于采集A1向无损伤介质材料发射脉冲信号后B1,…,Bi,…,Bn接收的散射信号和A1向待探测介质材料发射脉冲信号后B1,…,Bi,…,Bn接收的散射信号，其中Bi表示第i个接收天线，1≤i≤n；
所述时间反演计算模块，用于对时间反演镜采集的无损伤介质材料和待探测介质材料的散射信号进行时域取反，并将时域取反散射信号发送至傅里叶变换模块；
所述傅里叶变换模块，用于将时间反演计算模块进行时域取反散射信号进行傅里叶变换，得到频域散射信号，并将频域散射信号发送至损伤目标计算模块；
所述损伤目标计算模块，用于将傅里叶变换后的频域散射信号做线性减运算，并发送至损伤目标判断模块；
所述损伤目标判断模块，用于根据损伤计算模块线性减运算后的频域散射信号判断探测信号是否为损伤目标信号，并将损伤目标信号发送至共轭计算模块；
所述共轭计算模块，用于将线性减运算后的损伤目标信号取共轭，并发送至反演场计算模块；
所述采样模块，用于记录时间反演镜中B1,…,Bi,…,Bn的三维坐标，并对待探测介质材料的几何信息进行网格刨分且记录网格刨分后所有结点的三维坐标，并将三维坐标发送至反演场计算模块；
所述反演场计算模块，用于计算待探测介质材料的网格刨分后所有结点的三维坐标的反演场值并对反演场值作归一化处理；
所述损伤目标位置筛选模块，用于筛选损伤目标位置。
一种基于时间反演的介质材料损伤探测方法，包括如下步骤：
(1)采样模块记录待探测介质材料各结点以及各接收天线的坐标信息：
采样模块记录放置在三维坐标系O-XYZ的ZOY面内的待探测介质材料的外部几何信息，并将对外部几何信息进行均匀网格刨分得到的l个网格刨分结点的三维坐标[(x1,y1,z1),…,(xm,ym,zm),…,(xl,yl,zl)]发送至反演场计算模块，同时记录放置与ZOY面平行的平面内的n个接收天线B1,…,Bi,…,Bn的三维坐标[(x1,y1,z1)',…,(xi,yi,zi)',…,(xn,yn,zn)']，并将其发送至反演场计算模块，其中，(xm,ym,zm)表示第m个结点的三维坐标，(xi,yi,zi)'表示第i个接收天线的三维坐标；
(2)时间反演镜采集无损伤介质材料和待探测介质材料的散射信号：
(2a)时间反演镜中的发射天线A1在t1时刻发射脉冲信号，B1,…,Bi,…,Bn接收经无损介质材料反射的散射信号为Y(t1)＝[y1(t1),…,yi(t1),…,yn(t1)]，并将Y(t1)发送至时间反演计算模块；其中，yi(t1)为Bi的馈电端口在t1时刻接收的散射信号；
(2b)时间反演镜中的发射天线A1在t2时刻发射脉冲信号，B1,…,Bi,…,Bn接收经待探测介质材料反射的散射信号为Y(t2)＝[y1(t2),…,yi(t2),…,yn(t2)]，并将Y(t2)发送至时间反演计算模块；其中，yi(t2)为Bi的馈电端口在t2时刻接收的散射信号；
(3)时间反演计算模块对散射信号进行时域取反：
时间反演计算模块对Y(t1)和Y(t2)分别进行时域取反，得到时域取反信号Y(-t1)＝[y1(-t1),…,yi(-t1),…,yn(-t1)]和Y(-t2)＝[y1(-t2),…,yi(-t2),…,yn(-t2)]，并将Y(-t1)和Y(-t2)发送至傅里叶变换模块；
(4)傅里叶变换模块对时域取反信号进行傅里叶变换：
傅里叶变换模块对时域取反散射信号Y(-t1)和Y(-t2)分别进行傅里叶变换，得到频域散射信号Y(-ω1)＝[y1(-ω1),…,yi(-ω1),…,yn(-ω1)]和Y(-ω2)＝[y1(-ω2),…,yi(-ω2),…,yn(-ω2)]，并将Y(-ω1)和Y(-ω2)发送至损伤目标计算模块；
(5)损伤目标计算模块对频域散射信号进行线性减运算：
损伤目标计算模块对傅里叶变换后的频域散射信号Y(-ω1)和Y(-ω2)进行线性减运算，得到待判断损伤目标信号U(ω)＝Y(-ω1)-Y(-ω2)，并将U(ω)发送至损伤目标判断模块，其中，U(ω)＝[u1(ω),…,ui(ω),…,un(ω)]，ui(ω)表示Bi的馈电端口的待判断损伤目标信号；
(7)损伤目标判断模块判断是否有损伤：
损伤目标判断模块判断U(ω)是否为0，若是，则待探测介质材料无损伤，损伤探测结束；否则，待探测介质材料有损伤且损伤目标信号为U(ω)，将U(ω)发送至共轭计算模块，并执行步骤(8)；
(8)共轭计算模块对损伤目标信号取共轭：
共轭计算模块对损伤目标信号U(ω)进行取共轭，得到损伤目标信号共轭信号
Figure BDA0002522408760000041
并将U*(ω)发送至反演场计算模块；
(9)反演场计算模块计算所有网格刨分结点的反演场：
(9a)反演场计算模块通过采样模块发送的l个网格刨分结点三维坐标[(x1,y1,z1),…,(xm,ym,zm),…,(xl,yl,zl)]和接收天线B1,…,Bi,…,Bn的三维坐标[(x1,y1,z1)',…,(xi,yi,zi)',…,(xn,yn,zn)']以及损伤目标判断模块发送的
Figure BDA0002522408760000042
计算待探测介质材料的l个网格刨分结点的反演场
Figure BDA0002522408760000043
表示第m个网格刨分结点的反演场；
(9b)反演场计算模块对反演场
Figure BDA0002522408760000044
中的最大值max(ETR)作归一化处理，得到反演场归一化值[V1,…,Vm,…,Vl]，其中，Vm表示第m个网格刨分结点归一化的反演场值；
(10)损伤目标位置筛选模块筛选损伤目标位置：
损伤目标位置筛选模块筛选出l个反演场归一化处理的[V1,…,Vm,…,Vl]中大于0.1的值对应的坐标(x,y,z)，(x,y,z)为损伤目标位置。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明利用无损伤介质材料和待探测介质材料的散射信号的两者之差获得损伤目标的散射信号，有效地从接收信号中移除背景媒质的散射信号的干扰，然后利用时间反演的技术将损伤目标信号反发的方式，由于时间反演信号在复杂环境具有自适应聚焦特点，解决了现有技术探测在传播过程易受到其他环境的干扰的问题，从而提高了复杂环境下的探伤准确度。
附图说明
图1是本发明损伤探测系统的整体结构示意图；
图2是本发明时间反演镜具体实施例的结构示意图；
图3是本发明损伤探测方法的实现流程图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述：
参照图1，本发明的探测系统，包括时间反演镜、时间反演计算模块、傅里叶变换模块、损伤目标计算模块、损伤目标判断模块、共轭计算模块、采样模块、反演场计算模块和损伤目标位置筛选模块，其中：
所述时间反演镜如图2，包括一个发射天线A1和99个周期性排布的接收天线B1,…,Bi,…,B99，根据天线原理，平面方阵的阵元中心在矩形中心且具有强辐射能力，天线阵间距为λ/2，阵列不容易产生栅瓣，更容易对损伤目标实现定位；所以设置A1和B1,…,Bi,…,B99构成一个平面方阵，每个天线单元相距λ/2；若介质材料形状为球、立方体等形状时，只需保证平面方阵的中心和介质材料的中心在同一个轴线上且距离为10λ即可，时间反演镜可以全面地接收待探测介质材料的散射信号信息，时间反演镜采集A1向无损伤介质材料发射脉冲信号后B1,…,Bi,…,B99接收的散射信号和A1向待探测介质材料发射脉冲信号后B1,…,Bi,…,B99接收的散射信号，其中Bi表示第i个接收天线，1≤i≤99，λ为天线的波长，将时间反演镜中的B1,…,Bi,…,B99分别接收的99个散射信号发送到时间反演计算模块；
所述时间反演计算模块，用于对时间反演镜采集的无损伤介质材料的99个散射信号和待探测介质材料的99个散射信号进行时域取反，并将时域取反的散射信号分别发送至傅里叶变换模块；
所述傅里叶变换模块，用于将时间反演计算模块进行时域取反无损伤介质材料的99个散射信号和时域取反待探测介质材料的99个散射信号进行傅里叶变换，得到两组99个频域散射信号，并将这两组99个频域散射信号发送至损伤目标计算模块；
所述损伤目标计算模块，用于将傅里叶变换后的待探测介质材料的99个频域散射信号进行无损伤介质材料的99个频域散射信号线性减运算，并发送至损伤目标判断模块；
所述损伤目标判断模块，用于根据损伤计算模块线性减运算后的99个频域散射信号判断探测信号是否为损伤目标信号，并将损伤目标信号发送至共轭计算模块；
所述共轭计算模块，用于将线性减运算后的损伤目标信号99个频域散射信号取共轭，并发送至反演场计算模块；
所述采样模块，用于记录时间反演镜中B1,…,Bi,…,B99的三维坐标，并对待探测介质材料的几何信息进行网格刨分且记录网格刨分后所有结点的三维坐标，并将三维坐标发送至反演场计算模块；
所述反演场计算模块，用于计算待探测介质材料网格刨分后所有结点的三维坐标的反演场值。
所述损伤目标位置筛选模块，用于筛选损伤目标位置。
参照图3、本发明的探测方法，包括如下步骤：
步骤1)建立三维坐标系：
建立三维坐标系O-XYZ，t1时刻放置无损介质材料在坐标系O-XYZ的ZOY面内，t2时刻放置待探测介质材料在相同的位置，时间反演镜放置在平行于ZOY面处且时间反演镜的中心和介质材料的中心在同一个轴线上并相距10λ；
步骤2)采样模块记录接收天线坐标和待探测介质材料外部几何信息刨分后的结点坐标：
步骤2a)采样模块在坐标系内记录待探测介质材料外部几何信息，对外部几何信息按照十分之一个波长进行均匀网格刨分，虽然理论上网格越小计算结果越精确，是因为网格小了每个网格带来的误差变小了，因为波长与工作频率成反比，对于同一个工程问题，工作频率越高，工作波长就越小，剖分出来的未知量就越大，那么对计算资源的需求(尤其是内存)也就越大，所以通常我们是按照八分之一个波长到十五分之一个波长的剖分标准(工程上多用十分之一个波长)来对外部几何信息进行剖分，然后记录网格刨分后的l个结点三维坐标，并将结点三维坐标[(x1,y1,z1),…,(xm,ym,zm),…,(xl,yl,zl)]发送至反演场计算模块，其中：1≤m≤l；
步骤2b)采样模块记录时间反演镜中接收天线B1,…,Bi,…,B99所在的三维坐标[(x1,y1,z1)',…,(xi,yi,zi)',…,(x99,y99,z99)']，并将三维坐标[(x1,y1,z1)',…,(xi,yi,zi)',…,(x99,y99,z99)']发送至反演场计算模块，其中：1≤i≤99；
步骤3)时间反演镜采集无损伤介质材料和待探测介质材料的散射信号：
步骤3a)时间反演镜中的A1在t1时刻向无损介质材料发射一脉冲信号，同时，B1,…,Bi,…,B99接收到的散射信号为：Y(t1)＝[y1(t1),…,yi(t1),…,y99(t1)]，其中，yi(t1)为第i个接收天线的馈电端口在t1时刻的接收的散射信号，并将Y(t1)发送至时间反演计算模块；
步骤3b)时间反演镜中的A1在t2时刻向待探测介质材料发射一脉冲信号，同时，B1,…,Bi,…,B99接收到的散射信号为：Y(t2)＝[y1(t2),…,yi(t2),…,y99(t2)]，其中，yi(t2)为第i个接收天线的馈电端口在t2时刻接收的散射信号，并将Y(t2)发送至时间反演计算模块；
步骤4)时间反演计算模块对时间反演镜采集的散射信号进行时域取反：
步骤4a)设电磁波在色散，非均匀或各向异性介质中传播时，满足如下麦克斯韦方程：
Figure BDA0002522408760000071
其中，
Figure BDA0002522408760000072
表示电场矢量，
Figure BDA0002522408760000073
表示磁场矢量，
Figure BDA0002522408760000074
是介电常数张量，
Figure BDA0002522408760000075
是磁导率张量，
Figure BDA0002522408760000076
是哈密顿算子；
步骤4b)将步骤4a)式中
Figure BDA0002522408760000077
变换为：
Figure BDA0002522408760000078
对该式两端取旋度运算得到表示式：
Figure BDA0002522408760000079
步骤4c)利用恒等式
Figure BDA0002522408760000081
将步骤4a)式中的
Figure BDA0002522408760000082
变换为：
Figure BDA0002522408760000083
步骤4d)将步骤4c)式中的
Figure BDA0002522408760000084
代入步骤4b)式中的
Figure BDA0002522408760000085
得到电磁波在非均匀介质中的波动方程为：
Figure BDA0002522408760000086
其中：
Figure BDA0002522408760000087
由于该波动方程中只有关于时间的二阶微分，因此电场波动方程在时间域上是对称的，即
Figure BDA0002522408760000088
和
Figure BDA0002522408760000089
都为波动方程的解。也就是说，将Y(t)时域取反得到的Y(-t)会沿Y(t)的来波路径进行逆向传播；
步骤4e)根据步骤4a)-步骤4d)，时间反演计算模块分别对步骤3a)和步骤3b)获取的Y(t1)、Y(t2)进行时域取反，得到时域取反信号Y(-t1)＝[y1(-t1),…,yi(-t1),…,y99(-t1)]、Y(-t2)＝[y1(-t2),…,yi(-t2),…,y99(-t2)]，其中，Y(-t1)、Y(-t2)表示Y(t1)、Y(t2)的来波路径的逆向传播，并将Y(-t1)、Y(-t2)发送至傅里叶变换模块；
步骤5)傅里叶变换模块对时域取反信号进行傅里叶变换：
步骤5a)由于很多在时域内看不见的特性在频域内能很清楚的得到，比如说，矩形波，在时域内就一直线，当用傅里叶变换后在频域内，我们就能看见像各谐波的频率，相位，振幅，能量等等信息，会给我们分析问题带来很大的方便，则傅里叶变换模块将时间反演计算模块进行时域取反散射信号Y(-t1)进行傅里叶变换得到：
Figure BDA00025224087600000810
并将频域散射信号Y(-ω1)＝[y1(-ω1),…,yi(-ω1),…,y99(-ω1)]发送至损伤目标计算模块；
步骤5b)傅里叶变换模块将时间反演计算模块进行时域取反散射信号Y(-t2)进行傅里叶变换得到：
Figure BDA00025224087600000811
并将频域散射信号Y(-ω2)＝[y1(-ω2),…,yi(-ω2),…,y99(-ω2)]发送至损伤目标计算模块；
步骤6)损伤目标计算模块对频域散射信号线性减运算：
实际情况下，接收单元也会接收来自于背景媒质的散射，即区域没有这些目标时，接受单元所接收到的散射信号，它有可能干扰到目标散射信号的观察和提取，所以，为了获得目标的散射信号，必须从接收信号中移除背景媒质的散射信号，因此可以预先测量背景媒质的散射信号(即没有背景媒质中没有目标的情况)，再测量引入目标后的散射信号，最终通过两者之差来获得目标散射信号，有效抑制了传播过程易受到其他环境的干扰的问题，通过损伤目标计算模块将傅里叶变换后的频域散射信号Y(-ω1)和Y(-ω2)做线性减运算，得到待判断损伤目标信号U(ω)＝Y(-ω1)-Y(-ω2)，并将U(ω)发送至损伤目标判断模块，其中：U(ω)＝[u1(ω),…,ui(ω),…,un(ω)]，ui(ω)表示Bi的馈电端口的待判断损伤目标信号；
步骤7)损伤目标判断模块判断是否有损伤：
损伤目标判断模块判断U(ω)是否为0，若是，则待探测介质材料无损伤，损伤探测结束；否则，待探测介质材料有损伤且损伤目标信号为U(ω)，将U(ω)发送至共轭计算模块，并执行步骤(8)；
步骤8)共轭计算模块对损伤目标信号取共轭：
时间反演电磁波作为一种特殊的电磁波，其具有很多新奇的特性，对于无源区域的标量波动方程：
Figure BDA0002522408760000091
其通解为：
Figure BDA0002522408760000092
式中，g1(x)、g2(x)为任意函数。记
Figure BDA0002522408760000093
Figure BDA0002522408760000094
则φ1(r,t)、φ2(r,t)都是波动方程的解，分别代表相向传播的两类波。φ1(r,t)对做如下时间反演变换：
Figure BDA0002522408760000101
φ1(r,-t)也是波动方程的一个解，而在时域的负号相对于频域的共轭，则共轭计算模块对损伤目标信号U(ω)进行取共轭，得到损伤目标共轭信号
Figure BDA0002522408760000102
并将U*(ω)发送至反演场计算模块；
步骤9)反演场计算模块计算所有网格刨分结点的反演场：
步骤9a)根据公式：
Figure BDA0002522408760000103
Figure BDA0002522408760000104
反演场计算模块通过采样模块发送的l个网格刨分结点三维坐标[(x1,y1,z1),…,(xm,ym,zm),…,(xl,yl,zl)]和接收天线B1,…,Bi,…,Bn的三维坐标[(x1,y1,z1)',…,(xi,yi,zi)',…,(xn,yn,zn)']以及共轭计算模块发送的
Figure BDA0002522408760000105
计算待探测介质材料的l个网格刨分结点中第m个反演场
Figure BDA0002522408760000106
其中，
Figure BDA0002522408760000107
k为波数，ε为空间媒质介电常数，
Figure BDA0002522408760000108
为哈密尔顿算子，
Figure BDA0002522408760000109
为电流，
Figure BDA00025224087600001010
为第m个结点磁矢位。
步骤9b)根据公式
Figure BDA00025224087600001011
反演场计算模块对反演场
Figure BDA00025224087600001012
中的最大值max(ETR)作归一化处理，得到反演场归一化值[V1,…,Vm,…,Vl]，其中，Vm表示第m个网格刨分结点归一化的反演场值；
步骤10)损伤目标位置筛选模块筛选损伤目标位置：
损伤目标位置筛选模块筛选出l个反演场归一化处理的[V1,…,Vm,…,Vl]中大于0.1的值对应的坐标(x,y,z)，(x,y,z)为损伤目标位置。
以上描述仅是本发明的具体实施例，不构成对本发明的任何限制。应当理解的是，对本领域专业技术人员来说，在了解本发明的原理后，根据上述说明对形式、细节和参数等加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于时间反演的介质材料损伤探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采样模块记录待探测介质材料各结点以及各接收天线的坐标信息：
采样模块记录放置在三维坐标系O-XYZ的ZOY面内的待探测介质材料的外部几何信息，并将对外部几何信息进行均匀网格刨分得到的
Figure 488333DEST_PATH_IMAGE002
个网格刨分结点的三维坐标[(x1,y1,z1),…,(xm,ym,zm),…,
Figure 860684DEST_PATH_IMAGE002
]发送至反演场计算模块，同时记录放置与ZOY面平行的平面内的n个接收天线B1,…,Bi,…,Bn的三维坐标[(x1',y1',z1'),…,(xi',yi',zi'),…,(xn',yn',zn')]，并将其发送至反演场计算模块，其中，(xm,ym,zm)表示第m个结点的三维坐标，(xi',yi',zi')表示第i个接收天线的三维坐标；
(2)时间反演镜采集无损伤介质材料和待探测介质材料的散射信号：
(2a)时间反演镜中的发射天线A1在t1时刻发射脉冲信号，B1,…,Bi,…,Bn接收经无损介质材料反射的散射信号为Y(t1)＝[y1(t1),…,yi(t1),…,yn(t1)]，并将Y(t1)发送至时间反演计算模块；其中，yi(t1)为Bi的馈电端口在t1时刻接收的散射信号；
(2b)时间反演镜中的发射天线A1在t2时刻发射脉冲信号，B1,…,Bi,…,Bn接收经待探测介质材料反射的散射信号为Y(t2)＝[y1(t2),…,yi(t2),…,yn(t2)]，并将Y(t2)发送至时间反演计算模块；其中，yi(t2)为Bi的馈电端口在t2时刻接收的散射信号；
(3)时间反演计算模块对散射信号进行时域取反：
时间反演计算模块对Y(t1)和Y(t2)分别进行时域取反，得到时域取反信号Y(-t1)＝[y1(-t1),…,yi(-t1),…,yn(-t1)]和Y(-t2)＝[y1(-t2),…,yi(-t2),…,yn(-t2)]，并将Y(-t1)和Y(-t2)发送至傅里叶变换模块；
(4)傅里叶变换模块对时域取反信号进行傅里叶变换：
傅里叶变换模块对时域取反散射信号Y(-t1)和Y(-t2)分别进行傅里叶变换，得到频域散射信号Y(-ω1)＝[y1(-ω1),…,yi(-ω1),…,yn(-ω1)]和Y(-ω2)＝[y1(-ω2),…,yi(-ω2),…,yn(-ω2)]，并将Y(-ω1)和Y(-ω2)发送至损伤目标计算模块；
(5)损伤目标计算模块对频域散射信号进行线性减运算：
损伤目标计算模块对傅里叶变换后的频域散射信号Y(-ω1)和Y(-ω2)进行线性减运算，得到待判断损伤目标信号U(ω)＝Y(-ω1)-Y(-ω2)，并将U(ω)发送至损伤目标判断模块，其中，U(ω)＝[u1(ω),…,ui(ω),…,un(ω)]，ui(ω)表示Bi的馈电端口的待判断损伤目标信号；
(7)损伤目标判断模块判断是否有损伤：
损伤目标判断模块判断U(ω)是否为0，若是，则待探测介质材料无损伤，损伤探测结束；否则，待探测介质材料有损伤且损伤目标信号为U(ω)，将U(ω)发送至共轭计算模块，并执行步骤(8)；
(8)共轭计算模块对损伤目标信号取共轭：
共轭计算模块对损伤目标信号U(ω)进行取共轭，得到损伤目标信号共轭信号
Figure FDA0003154257230000021
并将U*(ω)发送至反演场计算模块；
(9)反演场计算模块计算所有网格刨分结点的反演场：
(9a)反演场计算模块通过采样模块发送的
Figure 688687DEST_PATH_IMAGE002
个网格刨分结点三维坐标[(x1,y1,z1),…,(xm,ym,zm),…,
Figure DEST_PATH_IMAGE003
]和接收天线B1,…,Bi,…,Bn的三维坐标[(x1',y1',z1'),…,(xi',yi',zi'),…,(xn',yn',zn')]以及共轭计算模块发送的
Figure FDA0003154257230000022
计算待探测介质材料的
Figure 85350DEST_PATH_IMAGE002
个网格刨分结点的反演场
Figure FDA0003154257230000023
其中，第m个网格刨分结点的反演场
Figure FDA0003154257230000024
的计算公式为：
Figure FDA0003154257230000025
Figure FDA0003154257230000026
其中，
Figure FDA0003154257230000027
1≤m≤l，1≤i≤n，k为波数，ε为空间媒质介电常数，
Figure FDA0003154257230000028
为哈密尔顿算子，
Figure FDA0003154257230000029
为电流，
Figure FDA00031542572300000210
为第m个结点磁矢位；
(9b)反演场计算模块对反演场
Figure FDA0003154257230000031
中的最大值max(ETR)作归一化处理，得到反演场归一化值[V1,…,Vm,…,
Figure DEST_PATH_IMAGE005
]，其中，对第m个网格刨分结点的反演场
Figure FDA0003154257230000032
作归一化处理的公式为：
Figure FDA0003154257230000033
其中，Vm为
Figure FDA0003154257230000034
的归一化值；
(10)损伤目标位置筛选模块筛选损伤目标位置：
损伤目标位置筛选模块筛选出
Figure 576691DEST_PATH_IMAGE002
个反演场归一化处理的[V1,…,Vm,…,
Figure 512245DEST_PATH_IMAGE005
]中大于0.1的值对应的坐标(x,y,z)，(x,y,z)为损伤目标位置。
2.根据权利要求1所述的基于时间反演的介质材料损伤探测方法，其特征在于，步骤(4)傅里叶变换模块对时域取反散射信号Y(-t1)和Y(-t2)分别进行傅里叶变换，得到频域散射信号Y(-ω1)＝[y1(-ω1),…,yi(-ω1),…,yn(-ω1)]和Y(-ω2)＝[y1(-ω2),…,yi(-ω2),…,yn(-ω2)]，具体公式为：
Figure FDA0003154257230000035
Figure FDA0003154257230000036
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