[发明专利]用于无线被动式环境状态检测的超材料物联网系统及方法

说明书

本发明提供了一种用于无线被动式环境状态检测的超材料物联网系统及方法。其中，用于无线被动式环境状态检测的超材料物联网系统包括：铺设于环境平面上的超材料传感器、无线信号收发机、计算机以及两根定向天线，无线信号收发机与超材料传感器信号连接，计算机与无线信号收发机通信连接，用于无线被动式环境状态检测的超材料物联网系统通过获取信号功率谱数据，然后对信号功率谱数据进行处理，得到接收信号功率向量，再将接收信号功率向量输入训练好的最优状态感知模型，得到环境状态信息。用于无线被动式环境状态检测的超材料物联网系统及方法更适用于大范围平面监测，降低成本，且能够得到更为精确的环境状态信息。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于无线被动式环境状态检测的超材料物联网系统及方法。

背景技术

在大面积场景中(如,建筑物、工厂、桥梁、路面等),用户存在环境状态感知和异常检测的需求。

相关技术中，传统的无线传感器含有精密的电子元器件(如电阻、电容、电感、半导体、二极管等)、控制芯片(如开关芯片、放大器芯片、无线调制解调芯片等),因此其价格较高；对于光纤传感器系统，依赖于一维的单根光纤对环境进行感知,对于大尺寸的二维平面的感知则会需要大量的光纤密铺,以及价格高昂的多通道的光频段分析仪器，成本也较高，而且获取的检测数据不够精确。

发明内容

本发明实施例提供一种用于无线被动式环境状态检测的超材料物联网系统及方法，旨在降低对大面积场景的环境平面进行环境状态检测成本及提高检测数据的精确度。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种用于无线被动式环境状态检测的方法，所述方法包括：

获取信号功率谱数据，所述信号功率谱数据是由超材料传感器反射回无线信号收发机的各频率成分功率数据；

对所述信号功率谱数据进行处理，得到接收信号功率向量；

将所述接收信号功率向量输入训练好的最优状态感知模型，得到环境状态信息。

可选地，所述最优状态感知模型由以下方法训练得到：

获取多个不同的温湿度情况下，实际测量的多个信号功率谱历史数据；

对所述多个信号功率谱历史数据进行对应的温湿度的标签标注，得到带标注的训练集数据；

采用所述训练集数据，对初始状态感知模型进行训练，得到训练好的最优状态感知模型。

可选地，所述初始状态感知模型由以下方法得到：

建模超材料传感器反射功率谱与超材料感传结构之间的关系，得到初始超材料反射系数拟合方程；

优化所述初始超材料反射系数拟合方程，得到最优超材料反射系数拟合方程；

根据所述最优超材料反射系数拟合方程，对所述超材料感传结构进行优化，得到最优超材料感传结构；

根据所述最优超材料感传结构，建立状态感知方程，得到所述初始状态感知模型。

可选地，优化所述初始超材料反射系数拟合方程，得到最优超材料反射系数拟合方程，包括：

通过系数多项式建模误差，通过优化多项式参数，使通过所述初始超材料反射系数拟合方程和通过有限元数值仿真得到的超材料反射功率谱之间的误差最小，得到最优超材料反射系数拟合方程。

可选地，根据所述最优超材料反射系数拟合方程，对所述超材料感传结构进行优化，得到最优超材料感传结构，包括：

根据所述最优超材料反射系数拟合方程，得到多个温湿度下的接收信号功率谱；