[发明专利]基于交叉点的复杂体异物微波检测定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于交叉点的复杂体异物的微波检测定位方法，尤其是在无辐射、 无损伤情况下方便快速地判断复杂结构体内部是否含有异物以及判断异物的位 置，属于微波检测技术领域。

背景技术

微波波长范围为1000mm到1mm，选择合适的频率可以穿透到物体的内部， 并且不同物体内部的材料体使其发生不同性质的反射、折射、衍射或散射，使得 通过处理和分析穿过物体的微波信号，从而把握物体内部的特性成为可能。微波 检测技术的优势在于：1)使用非电离辐射，系统安全性高，不对人体造成伤害， 可以经常性使用；2)柔性天线和微型化检测器件使得微波检测设备的可穿戴设 计具有可行性，从而保证了易用性、便携性，适合于移动医疗、家庭、社区等场 合使用。

微波检测尤其是对材料内部的检测有很广泛的应用。近年来，生物领域的微 波检测也逐渐引起关注，其中，人体微波检测是一个具有发展前景的领域，例如： 人体组织中血块、肿块和肿瘤的探测。结构体内异物的介电性质与它们周围的正 常组织不同，基于微波的检测方法利用不同组织中的介电性能差异引起的不同的 电磁散射作为判别基础。

基于微波信号的物体内部异常检测方法，一般主要采用微波成像方法，对于 复杂结构尤其是异物区域的信号反射无法清晰获取的情况下，难以达到检测效果。 逆向重建方法采用优化方法重建被测区域的介电常数，对血块等异物位置和大小 进行判断，存在算法复杂，易受干扰等缺点。总之目前的微波成像算法在复杂物 体的探测方面面临严峻的发展瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种准确且方便快捷的基于微波信号的物体内部异常 检测方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于交叉点的复杂体异 物微波检测定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在被测物体周围的K个位置上分别布置一个宽带天线，通过射频电路依次使K个宽带天线向被测物体发送宽带脉冲信号，第k宽带天线发出的宽带脉冲信号自发送点起至接收点止形成第k条信号路径k＝1，2，…，K，第k条信号路径对应的回波信号为通过K个宽带天线的位置布置，使得K条信号路径两两相交；

步骤2、生成训练样本，包括以下步骤：

步骤2.1、基于无异物结构的被测物体，利用K宽带天线及电磁场仿真系统，生成多个仿真微波无异物回波信号，第k条信号路径对应的仿真微波无异物回波信号为

在被测物体内的不同位置上人工添加异物结构，利用K宽带天线及电磁场仿真系统，生成多个仿真微波回波信号，第k条信号路径对应的仿真微波回波信号为

步骤2.2、分别提取仿真微波无异物回波信号及仿真微波回波信号的特征数 据，生成针对信号路径的不包含异物样本集及包含异物样本集；

步骤3、建立基于支持向量机的分类器，利用不包含异物样本集及包含异物 样本集对分类器进行训练，设置分类器参数；

步骤4、利用粒子群优化算法对分类器进行优化，得到最佳分类器配置参数；

步骤5、实时异物判断

利用与步骤1相同方法得到被测物体的K个回波信号，对回波信号进行特征 提取，将特征输入至分类器，若判别出经过被测物体内异物结构的两条信号路径， 则这两条信号路径的交叉点即为异物结构的中心点，若未判别出任何一条信号路 径，则被测物体内无异物结构。

优选地，在所述步骤2.2中，所述不包含异物样本集及所述包含异物样本集 中第i个样本表示为(x_i，y_ik)，式中：

x_i为第i个样本的特征向量，式中，mean()为求均值运算，为第i个样本中第k条信号路径对应的仿真微波回波信号；

y_ik为类别标记，若y_ik＝0，则第i个样本中第k条信号路径不包含异物结构，若y_ik＝1，则第i个样本中第k条信号路径包含异物结构。

本发明独创性地在微波探测系统中利用分类器进行对复杂结构体内经过异 物的路径的判别，进而根据交叉点获得异物的定位信息，对复杂结构体(例如脑 组织)中是否存在异物(例如血块)进行检测和位置的判断。本发明计算复杂度 低、可靠性高、配置灵活、具有可伸缩性，在微波检测和无损探测领域具有良好 的应用前景。