碳纤维增强复合材料因其具有优异的材料性能，广泛应用于航空航天结构中。对于复合材料结构，在其生命周期内，即制造、服役及维修的过程中不可避免的会受到外部的低能量冲击。低能量冲击可能产生不可见损伤，不可见损伤导致结构承载能力下降，会带来巨大的安全隐患。冲击发生后能准确及时确定冲击源的位置，为进一步的检查提供依据，这是结构健康技术需要实现的目标之一。针对低能量冲击定位问题，本文分别从时域、频域和能量衰减三个角度对该问题展开研究，主要研究工作如下：
　　（1）针对碳纤维增强层合板（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）结构，研究了Lamb波信号处理技术，即对Lamb波的产生、采集与分析进行了研究。根据Lamb波传播的特性，即频散特性和多模式传播方式，由Mindlin板理论和Raleigh-Lamb理论，确定了Lamb波群速度计算方法。针对多模式传播问题，研究表明当频厚积低于1KHz﹒m时Lamb波的高阶模态会截止，只存在低阶模态即A0和S0。在低能量横向冲击的情况下，Lamb波大部分能量通过反对称模式传输，对于低能量冲击，被激发信号的频率属于低频范畴，鉴于此，提出了使用Lamb波的A0模态研究低能量冲击定位的方法。
　　（2）针对基于时域的冲击定位技术，为了有效地提取波达时间TOA(Time of Arrive)，采用Db（Daubechies）小波对应变信号进行去噪、分解及重构。根据Lamb波的频散曲线获取A0模态群速度，运用三角测量技术实现对冲击源定位，在定位计算中，为了解决三角测量技术中复杂非线性方程组解的问题，提出了基于粒子群算法和遗传算法的混合优化算法，保证了非线性方程组的求解精度。由于运用三角测量技术进行定位研究时，对非线性方程组的求解算法要求较高，求解算法选取不合理时，将出现较大的误差，且容易产生异常值。针对这一问题，提出了一种基于应变片和四点圆弧定位的算法，并通过实验进行了验证。
　　（3）针对基于频域的冲击定位问题，提出了基于数据驱动和FBG（Fiber Bragg Grating）传感器的定位方法，FBG采集由低能量冲击引发的应变信号。开展了FBG传感器获取应变信号的研究，FBG可采用嵌入式和粘贴式两种方法采集应变信号。采用嵌入式布置FBG时，在样板制备过程中，宜采用端面引出的方法引出光纤，因为端面引出方式可有效提高埋入光纤的成活率。对采集到的应变信号进行傅里叶变换，统计前三阶固有频率所对应的振幅数据。对振幅数据进行归一化，建立阶次向量矩阵和判断模型。通过热压罐成型工艺制作了两个不同铺层方式、不同几何尺寸的的CFRP样板。样板一的铺层顺序是[0/45/90/-45]2s，尺寸为300mm×400mm×2.5mm，FBG传感器采用嵌入式预埋入层合板中。样板二为一块400mm×400mm×2mm的层合板，铺层顺序为[0/90]4s，FBG传感器沿表面纤维方向±45°粘贴在层合板表面。针对提出的方法，用两个样板分别进行了验证。实验结果表明所提出的方法能适用于工程应用中。
　　（4）研究了应变波在碳纤维层合板传播过程中，阻尼和几何延展对能量衰减的影响。对阻尼引起的波的衰减和能量衰减的稳定性进行了理论研究，建立了能量衰减逆向定位模型。在实验验证过程中，运用应变片采集冲击信号，获取不同冲击点的振幅，对实验中的数据进行拟合，得到拟合曲线。通过拟合曲线方程实现对冲击位置的逆向定位。针对定位误差问题，提出了误差比邻域概念，实验证明冲击源落在误差比邻域内的置信度为0.98。