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专利号: 2020104716158
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于卷积神经网络的散射场相位恢复方法,其特征在于:通过理论计算生成数据集,建立无相位总场数据与散射场之间的关系,然后搭建U‑net神经网络;U‑net神经网络训练完成后,观察损失函数是否收敛,通过训练后的CNN将测得的无相位总场数据恢复为散射场数据;

所述无相位总场数据与散射场之间的关系通过以下方式建立:

假定某未知物体存在于自由空间背景下的目标区域D, 内,假定该目标区域被剖分后的网格总数为N,每一个网格的位置为rn,n=1,2,3...,N;而在该区域外侧,安装有发射天线和接收天线,发射天线位置表示为rp,p=1,2,…,Ni,接收天线位置表示为rq,q=1,

2,…,Nr,可获得Ni×Nr个散射场数据;设散射体由非磁性且各向同性的非均匀媒质组成,应sca用散射场E (rq)求解目标区域D内的介电常数分布ε(rn):由Lippmann‑Schwinger电场积分方程,得到总场积分方程:inc

其中E (r)表示位于区域内部r处的入射场;χ(r)=(ε(r)‑ε0)/ε0为区域内的对比度函数;k0表示自由空间中的波矢;格林函数 表示一个位于空间r′处的点源对其周围空间某点r所产生的场, 表示零阶第一类汉克尔函数;

散射场积分方程:

sca

其中E (rq)表示位于rq处的接收天线接收到的散射场的信息,对比源为对比度和总场的乘积,定义为:

tot

I(r)=χ(r)E (r)                          (3)将公式(1)‑(3)离散化:

其中⊙表示对应元素相乘,格林函数 为离散后的格林函数G(rq,r')的积分算子, 为离散后的格林函数G(rn,r')的积分算子;把公式(6)计算出来的感应电流代入到公式(5)中,计算得出所需的散射场数据;公式如下:其中 代表单位矩阵;

无相位总场的定义如下:

其中 表示在无未知散射体时,接收天线接收到的场信息;

通过公式(7)和公式(8)计算随时生成的散射体的散射场和无相位总场,将计算结果作为训练集,其中,为了使散射场和无相位总场的维度保持一致,将散射场的实部与虚部拆开,使其增加一个维度来存放信息;无相位总场同样增加一个维度,其虚部全为0。

2.如权利要求1所述的基于卷积神经网络的散射场相位恢复方法,其特征在于:所述搭建U‑net神经网络具体如下:U‑net神经网络的左侧是一条收缩路径,由卷积和池化操作组成,左侧每一层都先经过两次卷积操作;每个卷积都经过批量归一化(Batch Normalization,BN)和激活函数(ReLU)处理,然后最大池化合并操作进入下一层,在每个下采样步骤,图片尺寸缩小一半,同时特征通道的数量加倍;U‑net神经网络的右侧是一条扩展路径,扩展路径用于恢复矩阵,每个步骤都包括特征图的上采样,然后是反卷积,将特征通道的数量减半,同时矩阵尺寸增加一倍,用于将矩阵恢复到原始大小;由U‑net神经网络的每个卷积层获得的特征图连接到相应的上采样层。

3.如权利要求1所述的基于卷积神经网络的散射场相位恢复方法,其特征在于:选用均方误差(Mean‑Square Error,MSE)作为U‑net神经网络的损失函数。