专利名称：一种基于超宽带的物体内部信息无损检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及超宽带无损检测技术领域，具体涉及一种利用超宽带冲激脉冲信号检测物体内部信息的系统及方法。
背景技术：
随着现代科学技术的飞速发展，检测物体内部信息的技术手段和方法日益丰富。 无损检测技术作为一种新兴的综合性应用技术，在不破坏或损坏被检测对象的前提下，根据物体材料内部结构和内部性质对热、声、光、电、磁等的反应，来检测物体内部的信息，并对物体内部材料的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化作出判断和评价。目前，无损检测物体内部信息的主要技术手段和方法有超声检测、激光检测、红外检测、射线检测和核磁共振检测等，但这些技术在具体检测物体内部信息应用时存在着各种局限，例如超声波检测存在与检测物体表面的耦合问题，要求工作表面平滑；激光检测无法通过非透明材料的内部；红外检测利用红外辐射原理，局限于利用检测物体的温度分布不均的特点进行检测；射线检测和核磁共振检测技术的价格较高，且会对物体产生辐射影响。除了上述局限之外，上述目前检测物体内部信息的相关技术仅局限于检测被检测目标物体某单一方面的性质(如内部成像)。随着各种工业、农业生产和生活上的应用需求的增加，要求提出一种较为安全、方便，同时实现检测被检测物体内部多种信息的无损检测系统及方法，其功能包括检测目标物体内部结构、目标物体内部成像、目标物体材料的电磁特性、目标物体内部水分含量、目标物体内部存在的异物、目标物体的内部材质、目标物体密度以及目标物体内部杂质含量
等多种信息。超宽带(Ultral WideBand,UffB)技术是发送和接收占空比很低的冲激脉冲(纳秒级宽度)从而获得GHz量级带宽的传输技术。由于对非电介质材料具有良好的穿透能力， 并且具有频带宽、分辨率高、直达波和反射波信号能携带被测目标物体丰富的特征信息等特点，超宽带技术成为无损检测方面技术研究的一个热点，特别在检测物体内部信息方面具有广泛的应用前景。超宽带检测技术的主要特点是(1)发射功率低，传输速率高，携带目标物体的信息量大，对物体的穿透能力强；( 所用脉冲信号频率较高，波长较短，检测分辨率高，可以实现目标物体信息的精确检测；(3)频带较宽，可以实现多频带检测，实现对不同性质的材料物体进行检测；(4)成本低，系统实现复杂度低。于2010年09月08日授权的中国专利“使用时域脉冲信号快速检测物体的设备和方法”(申请号/专利号200480006704.4)公开了一种使用超宽带(UWB) RF信号检测在目标区域中感兴趣的物体的方法和系统。但这种设备和方法在应用于检测物体时仍存在以下不足(1)只通过接收RF脉冲信号的反射波信号来检测物体，没有充分利用RF脉冲信号穿过被检测物体的直达波信号所携带的信息；
(2)该方法只能用于判断被检测物体的类别，无法获得被检测物体内部信息。
发明内容
针对上述提到现存的技术问题，本发明目的在于提出一种基于超宽带的物体内部信息无损检测系统及方法。本发明利用超宽带冲激脉冲信号对物体的穿透能力对物体进行检测，同时利用超宽带冲激信号频带宽的特点获得被检测目标物体多频率脉冲信息，根据被检测物体材料的介质特性以及超宽带冲激脉冲信号的直达波和反射波信号，获得目标物体内部的多种信息，包括检测目标物体内部结构、目标物体内部成像、目标物体材料的电磁特性、目标物体内部水分含量、目标物体内部存在的异物、目标物体内部的材质、目标物体密度以及目标物体内部杂质含量。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种基于超宽带的物体内部信息无损检测系统，包括数据处理模块、发射控制模块、旋转台控制模块、存储模块、超宽带接收模块、超宽带发射模块、显示模块、输入模块与可升降旋转台。其中上述超宽带接收模块、存储模块、控制模块、显示模块和输入模块分别与数据处理模块连接；上述超宽带发射模块与发射控制模块连接；上述可升降旋转台与旋转台控制模块连接。所述超宽带接收模块包括多个UWB无线模块；所述超宽带发射模块包括时基信号单元、发射天线、功率放大器与脉冲生成器；发射天线、功率放大器与脉冲生成器顺次连接， 时基信号单元与脉冲生成器连接。所述发射控制模块包括发射控制单元和可控延时单元。 所述旋转台控制模块包括旋转台控制单元和可控延时单元，其中可控延时单元包括多个定时器，发射控制模块与旋转台控制模块共用一个可控延时单元。所述数据处理模块包括目标位置信息提取单元、数据融合单元、目标特征提取单元、目标分类单元、微处理器和多个信号预处理单元，其中数据融合单元包括原始数据融合单元以及目标数据融合单元。所述可升降旋转台用于升降指定的高度以及旋转指定的角度。所述旋转台控制模块用于控制可升降旋转台旋转的角度大小和升降的高度大小。所述超宽带接收模块中的天线阵列由多个超宽带无线接收天线构成。所述发射控制模块用于控制超宽带发射模块的发射以及所要发射超宽带信号的参数，其中上述超宽带信号的参数包括超宽带脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲功率以及重复频率。所述存储模块包括物体信息数据库与其它存储单元。其中物体信息数据库中存储有不同材料的特性参数、在不同状态下各种特性参数之间的计算公式、通过测试各种材料的典型物体后获得对应物体的超宽带直达波和发射波冲激脉冲信号的特征信息。其中上述材料的特性参数包括材料的类型、相对介电常数、磁导率、电导率、水分含量、材料密度和材质；上述状态包括物体内部温度、内外压力状况；上述特征信息包括接收的超宽带信号直达波和反射波的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲功率、重复频率、脉冲延时、脉冲频率偏移及相位偏移。所述数据处理模块根据超宽带接收模块所接收的超宽带冲激脉冲信号获得物体的位置信息，并与超宽带接收模块中各个天线的接收到的超宽带冲激脉冲信号、物体信息数据库中存储的相应材料物体信息进行数据融合，然后提取出被检测目标物体的超宽带直达波和发射波冲激脉冲信号的特征信息，再根据被检测目标物体所求参数与现有的参数条件、物体信息数据库中存储的各种特性参数之间的计算公式，计算出被检测目标物体所求的具体参数值。上述基于超宽带的物体内部信息无损检测系统，所述存储模块中的物体信息数据库通过在检测开始之前采用不同材料的典型测试物体进行检测训练，建立相应的物体信息数据库。在检测开始之后参数输入过程中可利用物体信息数据库已存有的相应或相似的典型材料物体的检测数据对被检测物体未知参数进行参数匹配。上述基于超宽带的物体内部信息无损检测系统，所述数据处理模块根据发射模块发射的超宽带信号、超宽带接收模块所接收的超宽带信号、输入模块所输入的检测参数以及被检测目标物体所求参数与现有的参数条件、物体信息数据库中存储的各种特性参数之间的计算公式，计算出被检测目标物体的所求参数数值，通过显示模块以图像、波形、数值方式显示出来。本发明另一个目的在于提供一种基于超宽带的物体内部信息无损检测方法。其采用超宽带冲激脉冲检测的方式，利用超宽带天线阵列测得被测物体的位置，根据所接收的超宽带冲激脉冲的直达波和反射波信号检测所需检测目标物体内部的多种信息。上述基于超宽带的物体内部信息无损检测方法包括以下步骤(1)选取若干不同材料的典型测试物体对系统进行检测训练，建立物体信息数据库；(2)设置所需检测的物体内部信息，然后判断所已知的物体信息是否足够满足检测所需检测的物体内部信息的前提条件；如果前提条件不满足，则选择是否进行参数模糊估计，若选择不进行参数模糊估计则返回重新输入所需检测的物体已知的内部信息，直至检测所需的前提条件得到满足；其中参数模糊估计的方法是根据所需检测物体的已知信息选择物体信息数据库中相应典型材料物体的检测数据对所要检测的物体参数进行参数匹配；(3)发射控制模块根据所需检测的物体内部信息对超宽带冲激脉冲信号的发射参数进行设置，旋转台控制模块设置可升降旋转台检测的初始角度和初始高度，并在检测过程中对可升降旋转台的角度和高度进行调整来改变检测的方位；(4)超宽带发射模块根据所定的超宽带冲激脉冲信号发射参数发射超宽带冲激脉冲；通过调整可升降旋转台旋转的角度和升降的高度改变被检测目标物体的方位，再复发射超宽带冲激脉冲信号；在完成所设角度和高度范围的检测后，在超宽带频段范围内调整超宽带冲激脉冲信号的发射参数，然后按照新的发射参数重复上述发射超宽带冲激脉冲信号的步骤重新发射超宽带冲激脉冲信号，如此重复发射，直至完成频段范围的检测；其中发射参数包括脉冲信号的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、发射功率以及重复频率；(5)超宽带接收模块接收到超宽带发射模块所发射的超宽带冲激脉冲信号之后， 先将接收到的超宽带冲激脉冲信号进行波形数据预处理，其中预处理包括脉冲信号去噪、 滤波与平滑；并根据超宽带接收模块接收的超宽带冲激脉冲信号使用定位算法得到检测物体的具体位置信息，然后将接收到的超宽带冲激脉冲信号与检测物体的位置信息同物体信息数据库所储存的相应信息进行数据融合，提取出被检测目标物体的超宽带直达波和发射波冲激脉冲信号的特征信息，再根据被检测目标物体所求参数与现有的参数条件、物体信息数据库中存储的各种特性参数之间的计算公式计算出所要检测的物体内部信息的参数值。所述发射波冲激脉冲信号的特征信息包括接收的超宽带信号直达波和反射波的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲功率、重复频率、脉冲延时、脉冲频率偏移及相位偏移；(6)采用三维成像技术，通过显示模块将被检测物体的内部结构、实际位置及物体大小、形状以及所检测的参数和结果以图像、波形、数值方式显示出来。上述无损检测方法中，步骤( 和步骤(6)之间还包括把被检测目标物体的信息、超宽带接收模块接收到的冲激脉冲参数以及数据处理结果数据加入原有物体信息数据库，由此得到更新的物体信息数据库。上述无损检测方法中，步骤(1)中通过采集超宽带冲激脉冲信号通过不同材料的典型测试物体的超宽带直达波和反射波数据，将对应物体的内部信息、对应测试材料的已知特性参数以及该类测试物体在超宽带接收模块中各个方向直达波和反射波的冲激脉冲参数存进物体信息数据库，其中冲激脉冲参数包括直达波和反射波的脉冲波形、脉冲持续时间、脉冲幅度以及脉冲重复频率；所述内部信息包括内部结构、内部温度与内外压力状况；所述已知特性参数包括材料的类型、相对介电常数、磁导率、电导率、水分含量、材料密度和材质。与现有的技术相比，本发明具有以下优点和技术效果1.本发明方法对物体穿透能力强、信号携带信息量大的长处，充分利用超宽带冲激脉冲直达波和反射波所携带的信息，对物体内部性质实现较好的检测效果；2.本发明提供同时检测物体内部的各种不同特性信息的方法，与射线检测和核磁共振检测技术相比，检测装置较简单，成本较低，操作方便、安全且检测过程无辐射污染；3.本发明采用超宽带阵列对超宽带冲激脉冲信号进行接收，与超声波检测技术相比，不存在检测物体表面耦合问题，抗外界干扰性好，检测速度快，检测精确度高；4.本发明采用建立检测物体信息数据库的形式将目标物体信息存储起来，在输入参数时可选择参数匹配的方法减少对输入参数的要求，便于系统的扩展和实际应用；5.本发明通过升降旋转的方法对物体进行多方位检测，可实现物体内部的三维成像和全面检测。
图1是本发明系统结构示意图。图2是本发明实施例的硬件结构图。图3是本发明实施例超宽带信号发射端的工作流程图。图4是本发明实施例超宽带信号接收端的工作流程图。
具体实施例方式下面通过本发明的一个较优的实施例，来对本发明的具体实施方式
作具体说明， 但本发明的实施和保护不限于此。图1给出了在本发明基于超宽带阵列的物体内部信息无损检测系统的系统结构框图，包括数据处理模块1、发射控制模块2、旋转台控制模块3、存储模块4、超宽带接收模块5、超宽带发射模块6、显示模块7、输入模块8与可升降旋转台9。其中发射控制模块2、旋转台控制模块3、存储模块4、阵列信号接收模块5分别与数据处理模块1连接；超宽带发射模块6与发射控制模块2连接；可升降旋转台9与旋转台控制模块3连接。图2给出了在本实施例中的基于超宽带阵列的物体内部信息无损检测系统的硬件结构图。其中超宽带接收模块5由η个UWB无线模块(此实施例取η = 11)构成；超宽带发射模块6由脉冲生成器61、时基信号单元62和功率放大器63构成；发射控制模块2 包括发射控制单元21和可控延时单元22 ；旋转台控制模块3包括旋转台控制单元31和可控延时单元22，其中可控延时单元22由多个定时器组成，其中发射控制模块2与旋转台控制模块3共用一个可控延时单元22 ；存储模块4包括物体信息数据库41与其它存储单元 42 ；数据处理模块1包括η个信号预处理单元(此实施例取η = 11)、目标位置信息提取单元12、数据融合单元13、目标特征提取单元14、目标分类单元15及微处理器16，其中数据融合单元13分为原始数据融合单元131以及目标数据融合单元132。输入模块8通过微处理器16输入所需检测的参数以及被检测目标物体的相关已知参数信息，并将这些参数和数据存储于存储模块4。微处理器16向发射控制单元21发出控制指令，设置超宽带冲激脉冲发射信号的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、发射功率和重复频率。可控延时单元22通过发射控制单元 21控制每次对超宽带冲激脉冲发射信号参数进行更改的时间间隔。微处理器16通过旋转台控制模块3控制可升降旋转台9每次旋转的角度与升降的高度，可控延时单元22通过旋转台控制模块3控制对可升降旋转台9每次进行角度旋转和高度升降的时间间隔。超宽带阵列信号接收模块5接收到超宽带冲激脉冲信号之后，η个数据预处理单元(此实施例取η = 11)对接收信号进行初步处理，其中预处理包括脉冲信号去噪、滤波与平滑；同时目标位置信息提取单元12根据接收信号得到被检测物体的位置信息。然后数据融合单元13对预处理之后的数据进行数据融合，并根据物体信息数据库41里存储的物体信息进行目标分类。目标特征提取单元14根据融合后的信息对被检测目标物体的超宽带直达波和发射波冲激脉冲信号的特征信息进行提取。显示模块7接收微处理器16的显示信息，采用三维成像技术，将物体的内部结构、实际位置及物体大小、形状以及所检测的参数和结果以图像、波形、数值方式显示出来。其中上述特征信息包括接收的超宽带信号直达波和反射波的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲功率、重复频率、脉冲延时、脉冲频率偏移及相位偏移。本实施例实现一种基于超宽带的物体内部信息无损检测系统和方法的工作流程图如图3、图4所示，其中图3为超宽带信号发射端的工作流程图，图4为超宽带信号接收端的工作流程图，包括以下步骤步骤1、系统启动之后，首先进行软硬件初始化。步骤2、选取若干不同材料的典型测试物体对系统进行检测训练。通过采集超宽带冲激脉冲信号通过不同材料的典型测试物体的超宽带直达波和反射波数据，将对应物体的内部信息(包括内部结构、内部温度与内外压力状况)、对应测试材料的已知特性参数(包括材料的类型、相对介电常数、磁导率、电导率、水分含量、材料密度和材质)以及该类材料的物体在超宽带接收模块中各个方向直达波和反射波的冲激脉冲参数存进物体信息数据库41。其中上述冲激脉冲参数包括直达波和反射波的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲功率以及重复频率。步骤3、通过输入模块7设置所需检测的物体内部信息参数，然后判断所已知的物体信息参数是否足够满足检测所需检测的物体内部信息参数的前提条件，其中包括以下步骤步骤3. 1、如果所有检测前提条件都得到满足，则跳转至步骤4 ；步骤3. 2、如果检测前提条件不满足，则选择是否进行参数模糊估计，其中包括以下步骤步骤3. 2. 1、若选择不进行参数模糊估计，则返回至步骤3，重新输入被检测目标物体已知的内部信息；步骤3. 2. 2、若选择进行参数模糊估计，则使用物体信息数据库41中相同材料的典型测试物体的参数对未知参数进行参数匹配。其中上述步骤中参数模糊估计的方法是根据所需检测的物体内部信息参数以及检测所需的未知参数，选择存储于物体信息数据库41 里相同材料的典型物体的检测参数数据对前提条件中所缺的参数进行参数匹配。步骤4、发射控制单元21根据所需检测的物体内部信息参数对超宽带信号的发射参数进行设置，超宽带冲激脉冲信号的发射参数包括发射脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、 发射功率以及重复频率。旋转台控制模块3设置可升降旋转台检测的初始角度和初始高度，并在检测过程中对升降旋转台9检测的角度和高度进行调整。可控延时单元22中的定时器对发射控制单元21中的激脉冲信号重复时间、旋转台控制模块3中的调整时间间隔进行定时控制。步骤5、超宽带发射模块6发射超宽带冲激脉冲信号，包括以下步骤步骤5. 1、脉冲产生器61根据发射控制单元21设定的超宽带冲激脉冲信号发射参数发射超宽带冲激脉冲；步骤5. 2、经过可控延时单元22设定的一定延时后，通过调整可升降旋转台9旋转的角度和升降的高度来改变被检测目标物体的方位，重复发射超宽带冲激脉冲信号；步骤5. 3、在完成所设角度和高度范围的检测后，在超宽带频段范围内调整发射控制单元21中的超宽带冲激脉冲信号的发射参数，然后按照新参数返回步骤5. 1重复上述发射超宽带冲激脉冲信号的步骤重新发射超宽带冲激脉冲信号，如此重复发射，直至完成频段范围的检测。其中上述发射参数包括脉冲信号的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、发射功率以及重复频率。步骤6、超宽带接收模块5接收超宽带冲激脉冲信号并对接收数据进行处理，包括以下步骤步骤6. 1、UffB无线模块51至UWB无线模块5n (此实施例取η = 11)在接收到发射端所发射的超宽带冲激脉冲信号后，先将接收到的脉冲波形通过信号预处理单元11至信号预处理单元In进行信号预处理，其中预处理包括脉冲信号去噪、滤波与平滑；步骤6. 2、根据UWB无线模块51至UWB无线模块5n (此实施例取η = 11)接收的超宽带冲激脉冲信号在目标位置信息提取单元12中使用超宽带定位算法得到检测物体的具体位置信息；步骤6. 3、然将超宽带阵列接收信号与检测物体的位置信息同物体信息数据库41 所储存的相应信息在数据融合单元13中进行数据融合，提取出被检测目标物体的超宽带直达波和发射波冲激脉冲信号的特征信息。上述特征信息包括接收的超宽带信号直达波和反射波的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲功率、重复频率、脉冲延时、脉冲频率偏移及相位偏移；步骤6. 4、由微处理器16根据被检测物体的已知信息、检测所得到的超宽带冲激脉冲信号的信息和被检测物体内部信息参数之间的计算公式(举例说明，根据电磁能量关系，超高频能量在含水物质中的能量衰减量W(dB)为W = 8.686^M/7'^+1 τ | e_2aB ‘ cos2^ (公式 1)式中CIb*水的衰减系数；M为相对水分含量；Ρ ’为密度因素；k为材质因素；t为被测物的厚度；I τ I为空气与被测物之间的反射系数的模；B为含水物质的相数。若已知 αΒ、P ’、k、t、I τ I及B，通过检测超宽带冲激脉冲信号在穿透该目标物体时的能量衰减量 W，则可以计算出该目标物体的相对水分含量M。同理，若公式1中只有一个变量未知，其它变量已知，则可以求得该未知变量)，计算出所要检测的物体内部信息的参数值。步骤7、把被检测的物体的信息、接收的脉冲参数以及数据处理结果数据加入原有物体信息数据库41，由此得到更新的物体信息数据库。步骤8、采用三维成像技术，人机交互平台通过显示模块7将物体的内部结构、实际位置及物体大小、形状以及所检测的参数和结果以图像、波形、数值方式显示出来。本发明利用超宽带冲激脉冲信号对物体内部信息进行检测，实现的检测系统具有快速、精确检测以及便携等特点，适用于工业制品检测、农产品品质检测等应用场合。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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权利要求
1.一种基于超宽带的物体内部信息无损检测系统，其特征在于包括数据处理模块、发射控制模块、旋转台控制模块、存储模块、超宽带接收模块、超宽带发射模块、显示模块、输入模块与可升降旋转台；所述旋转台控制模块用于控制可升降旋转台旋转的角度和升降的高度；所述超宽带接收模块中的天线阵列由多个超宽带无线接收天线构成；所述发射控制模块用于控制超宽带发射模块发射超宽带冲激脉冲信号以及所要发射的超宽带冲激脉冲信号的参数；所述存储模块包括物体信息数据库，物体信息数据库中存储有不同材料的特性参数、 在不同状态下各种特性参数之间的计算公式和通过测试各种材料的典型物体后所获得对应物体的超宽带直达波和发射波冲激脉冲信号的特征信息；所述数据处理模块根据超宽带接收模块所接收的超宽带冲激脉冲信号获得物体的位置信息，并与超宽带接收模块中各个天线接收到的超宽带冲激脉冲信号、物体信息数据库中存储的相应材料物体信息进行数据融合，然后提取出被检测目标物体的超宽带直达波和发射波冲激脉冲信号的特征信息，再根据被检测目标物体所求参数与现有的参数条件、物体信息数据库中存储的各种特性参数之间的计算公式，计算出被检测目标物体需求得的具体参数值；所述超宽带接收模块、存储模块、控制模块、显示模块和输入模块分别与数据处理模块连接；超宽带发射模块与发射控制模块连接；可升降旋转台与旋转台控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的基于超宽带的物体内部信息无损检测系统，其特征在于超宽带冲激脉冲信号的参数包括超宽带脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲功率以及重复频率。
3.根据权利要求1所述的基于超宽带的物体内部信息无损检测系统，其特征在于所述材料的特性参数包括材料的类型、相对介电常数、磁导率、电导率、水分含量、材料密度和材质；所述状态包括物体内部温度和内外压力状况；所述特征信息包括接收的超宽带冲激脉冲信号直达波和反射波的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲功率、重复频率、脉冲延时、 脉冲频率偏移及相位偏移。
4.根据权利要求1所述的基于超宽带的物体内部信息无损检测系统，其特征在于存储模块中的物体信息数据库通过在系统检测开始之前采用不同材料的典型测试物体进行检测训练来建立；在系统检测开始之后参数输入过程中利用物体信息数据库已存有的相应或相似的典型材料物体的检测数据对被检测物体未知参数进行参数匹配。
5.根据权利要求1所述的基于超宽带的物体内部信息无损检测系统，其特征在于所述数据处理模块根据发射模块发射的超宽带冲激脉冲信号、超宽带接收模块所接收的超宽带冲激脉冲信号、输入模块所输入的检测参数以及被检测目标物体所求参数与现有的参数条件、物体信息数据库中存储的各种特性参数之间的计算公式，计算出被检测目标物体的所求参数数值，通过显示模块以图像、波形或数值方式显示出来。
6.利用权利要求1所述系统的物体内部信息无损检测方法，其特征在于采用超宽带冲激脉冲检测的方式，利用超宽带天线阵列测得被测物体的位置，根据所接收的超宽带冲激脉冲的直达波和反射波信号检测所需检测目标物体内部的多种信息。
7.根据权利要求6所述系统的物体内部信息无损检测方法，其特征在于包括以下步骤(1)选取若干不同材料的典型测试物体对系统进行检测训练，建立物体信息数据库；(2)设置所需检测的物体内部信息，然后判断所已知的物体信息是否足够满足检测所需检测的物体内部信息的前提条件；如果前提条件不满足，则选择是否进行参数模糊估计， 若选择不进行参数模糊估计则返回重新输入所需检测的物体已知的内部信息，直至检测所需的前提条件得到满足；其中参数模糊估计的方法是根据所需检测物体的已知信息选择物体信息数据库中相应典型材料物体的检测数据对所要检测的物体参数进行参数匹配；(3)发射控制模块根据所需检测的物体内部信息对超宽带冲激脉冲信号的发射参数进行设置，旋转台控制模块设置可升降旋转台检测的初始角度和初始高度，并在检测过程中对可升降旋转台的角度和高度进行调整来改变检测的方位；(4)超宽带发射模块根据所定的超宽带冲激脉冲信号发射参数发射超宽带冲激脉冲； 通过调整可升降旋转台旋转的角度和升降的高度改变被检测目标物体的方位，再复发射超宽带冲激脉冲信号；在完成所设角度和高度范围的检测后，在超宽带频段范围内调整超宽带冲激脉冲信号的发射参数，然后按照新的发射参数重复上述发射超宽带冲激脉冲信号的步骤重新发射超宽带冲激脉冲信号，如此重复发射，直至完成频段范围的检测；其中发射参数包括脉冲信号的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲幅度、发射功率以及重复频率；(5)超宽带接收模块接收到超宽带发射模块所发射的超宽带冲激脉冲信号之后，先将接收到的超宽带冲激脉冲信号进行波形数据预处理，其中预处理包括脉冲信号去噪、滤波与平滑；并根据超宽带接收模块接收的超宽带冲激脉冲信号使用定位算法得到检测物体的具体位置信息，然后将接收到的超宽带冲激脉冲信号与检测物体的位置信息同物体信息数据库所储存的相应信息进行数据融合，提取出被检测目标物体的超宽带直达波和发射波冲激脉冲信号的特征信息，再根据被检测目标物体所求参数与现有的参数条件、物体信息数据库中存储的各种特性参数之间的计算公式计算出所要检测的物体内部信息的参数值， 所述发射波冲激脉冲信号的特征信息包括接收的超宽带信号直达波和反射波的脉冲波形、 脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲功率、重复频率、脉冲延时、脉冲频率偏移及相位偏移；(6)采用三维成像技术，通过显示模块将被检测物体的内部结构、实际位置及物体大小、形状以及所检测的参数和结果以图像、波形、数值方式显示出来。
8.根据权利要求7所述的无损检测方法，其特征在于步骤(5)和步骤(6)之间还包括 把被检测目标物体的信息、超宽带接收模块接收到的冲激脉冲参数以及数据处理结果数据加入原有物体信息数据库，由此得到更新的物体信息数据库。
9.根据权利要求7所述的无损检测方法，其特征在于步骤(1)中通过采集超宽带冲激脉冲信号通过不同材料的典型测试物体的超宽带直达波和反射波数据，将对应物体的内部信息、对应测试材料的已知特性参数以及该类测试物体在超宽带接收模块中各个方向直达波和反射波的冲激脉冲参数存进物体信息数据库，其中冲激脉冲参数包括直达波和反射波的脉冲波形、脉冲持续时间、脉冲幅度以及脉冲重复频率；所述内部信息包括内部结构、内部温度与内外压力状况；所述已知特性参数包括材料的类型、相对介电常数、磁导率、电导率、水分含量、材料密度和材质。
全文摘要
本发明公开一种基于超宽带的物体内部信息无损检测系统及方法，系统包括数据处理模块、发射控制模块、旋转台控制模块、存储模块、超宽带接收模块、超宽带发射模块、显示模块、输入模块与可升降旋转台；所述超宽带接收模块、存储模块、控制模块、显示模块和输入模块分别与数据处理模块连接；超宽带发射模块与发射控制模块连接；可升降旋转台与旋转台控制模块连接。检测方法采用超宽带冲激脉冲检测的方式，利用超宽带天线阵列测得被测物体的位置，根据所接收的超宽带冲激脉冲的直达波和反射波信号检测所需检测目标物体内部的多种信息。本发明系统较简单，成本较低，操作方便、安全且检测过程无辐射污染；抗干扰性好，检测速度快，检测精确度高。
文档编号G01N22/04GK102384766SQ20111028878
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者张军, 彭俊彬, 梁可尊, 韦岗 申请人:华南理工大学