一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法及系统与流程

本公开涉及近场射频穿透探测感知识别，具体涉及一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、应用近场射频穿透探测技术对被测样本组成成分及其结构的感知和识别过程中，由于构成被测样本不同的组成成分及结构构成形式(以下称为“介质”)对射频信号的反射波所含有的能够映射构成样本不同介质信息特征的稀疏概率是不同的；同样样本介质在不同深度所探测到的反应介质特征的信息稀疏概率也是不同的。通常一般采用超声波探测成像、x射线探测成像、ct扫描探测成像(包括工业ct扫描探测成像)、核磁共振探测成像、以及光谱分析等技术手段。首先，超声波探测成像由于频率低探测脉冲宽度大，造成回波信号中杂波干扰和背景噪声过强，不得已滤除基波外的其他频谱成分，而仅利用基波频谱部分进行灰度成像，因此识别效果差。其次，x射线探测成像、ct扫描探测成像、工业ct扫描探测成像都是基于x射线穿透探测产生灰度影像，识别能力受限制，尤其对不同介质混合的边界部分识别效果较差。同时存在x射线对人体有害，设备笨重，体积庞大，价格昂贵，维护成本高等缺点。至于核磁共振探测用于医学影像，但是存在价格昂贵、体积庞大笨重的缺点。光谱分析识别技术仅适应对样板的断面或切片分析识别，而不具备穿透能力，多用于实验室环境，但不适用于临场感知场景。

3、超宽带射频探测具备纳秒级信号脉冲宽度、微瓦级信号功率谱密度、低功耗、抗干扰、人体安全等鲜明特点。但是，如何从获取的反射信号中有效提取被测样本介质的稀疏特征的概率分布函数是对样本进行成分分析、特性认知、结构识别和成像的关键。目前并没有很好的方法解决这一问题。

技术实现思路

1、本公开为了解决上述问题，提出了介质熵结合权重配置的方法，通过介质对超宽带射频信号反射波的自相关函数获得介质熵；对所得到不同介质熵分别配置不同权重，然后进行分析处理，得到各个介质熵的动态概率，并以此感知、识别样本的介质结构，达到提高辨识精度和图像质量的目的。

2、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

3、一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法，包括：

4、获取被测样本并对被测样本发射超宽带射频信号；

5、确定最佳采样窗口，采集被测样本对超宽带射频信号的回波信号频谱；

6、利用匹配滤波分析回波信号频谱，分别提取被测样本各个介质的回波信号频谱，滤除背景噪声及非相关介质频谱；

7、对不同介质的回波信号频谱进行傅里叶反变换，获取各个介质对超宽带射频信号回波的时域信号，将不同介质的回波信号频谱感知识别，进行分离提取；

8、其中，将不同介质的回波信号频谱感知识别，进行分离提取包括：分别计算各个介质对超宽带射频信号回波的时域信号的自相关函数，获取其介质熵分布函数；根据介质熵分布函数配置相应的权重系数，对不同介质进行加权滤波处理，依次提取出不同介质的稀疏特征概率分布数据，实现介质的感知识别。

9、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

10、一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别系统，包括：

11、探测模块，用于获取被测样本并对被测样本发射超宽带射频信号；

12、采样模块，用于采集被测样本对超宽带射频信号的回波信号频谱；

13、感知模块，用于利用匹配滤波分析回波信号频谱，分别提取被测样本各个介质的回波信号频谱，滤除背景噪声及非相关介质频谱；

14、对不同介质的回波信号频谱进行傅里叶反变换，获取各个介质对超宽带射频信号回波的时域信号，将不同介质的回波信号频谱感知识别；

15、识别模块，用于分离提取不同介质，分别计算各个介质对超宽带射频信号回波的时域信号的自相关函数，获取其介质熵分布函数；根据介质熵分布函数配置相应的权重系数，对不同介质进行加权滤波处理，依次提取出不同介质的稀疏特征概率分布数据，实现介质的感知识别。

16、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

17、一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现所述的基于介质熵结合权重配置的介质临场感知识别。

18、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

19、一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现所述的基于介质熵结合权重配置的介质临场感知识别。

20、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

21、本公开提供一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法，利用超宽带射频信号投射在样本上，取得被测样本的反射波信号；感知反射波信号中样本各个不同介质的反射波信号频谱特征；匹配滤波削弱或排除背景和杂波干扰造成的伪影现象；计算不同介质反射波信号的介质熵概率分布特征函数，对于不同介质配置相应的权重，根据各个介质熵概率分布特征分别确定加权系数，称为“熵-权值”，提高样本介质熵特征数据的概率，从而提高样本介质的分辨能力和成像质量；最后根据以熵-权值为均值的概率分布分别进行匹配滤波处理，依次提取出不同介质反射波信号；以熵-权值为均值的概率分布分别进行匹配滤波处理，包括自适应数据窗口延时校准，同步不同样本介质的匹配滤波过程，并以此感知、识别样本的介质结构，达到提高辨识精度和图像质量的目的，有利于样本成分的分析、特性认知、结构识别和成像问题的解决。

技术特征：

1.一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法，其特征在于，被测样本中不同介质对超宽带射频信号的响应不同，产生的回波信号频谱不同，所述回波信号频谱包括频率、幅度以及相位。

3.如权利要求1所述的一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法，其特征在于，所述介质熵为对超宽带射频信号反射波的自相关函数，所述自相关函数为介质对超宽带射频信号回波信号频谱的能量函数。

4.如权利要求1所述的一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法，其特征在于，确定最佳采样窗口的方法为：采用自适应算法动态确定最佳采集窗口。

5.如权利要求1所述的一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法，其特征在于，利用匹配滤波分析回波信号频谱中，所述匹配滤波分析包括分析事先测得的背景噪声和环境杂波频谱数据。

6.如权利要求1所述的一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法，其特征在于，将不同介质的回波信号频谱进行分离，具体包括：分别计算出不同介质反射波信号的介质熵概率分布特征函数，对于不同介质配置相应的权重，根据各个介质熵概率分布特分别确定加权系数，称为熵-权值，然后根据以熵-权值为均值的概率分布分别进行匹配滤波处理，依次提取出不同介质反射波信号。

7.如权利要求6所述的一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法，其特征在于，以熵-权值为均值的概率分布分别进行匹配滤波处理，包括自适应数据窗口延时校准，同步不同样本介质的匹配滤波过程。

8.一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法系统，其特征在于，包括：

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如权利要求1-7任一项所述的一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法。

技术总结
本公开提供了一种介质熵结合权重配置的介质临场感知识别方法，涉及近场射频穿透探测感知识别技术领域，包括获取被测样本并对被测样本发射超宽带射频信号；确定最佳采样窗口，采集被测样本对超宽带射频信号的回波信号频谱；利用匹配滤波分析回波信号频谱，分别提取被测样本各个介质的回波信号频谱，滤除背景噪声及非相关介质频谱；对不同介质的回波信号频谱进行傅里叶反变换，获取各个介质对超宽带射频信号回波的时域信号，将不同介质的回波信号频谱感知识别，进行分离提取；本公开提高了样本的不同介质的感知识别能力。

技术研发人员：张立人,刘宏伟
受保护的技术使用者：中际医学科技（山东）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22